鋰金屬負(fù)極最新調(diào)研紀(jì)要
1、鋰金屬負(fù)極的技術(shù)優(yōu)勢(shì)與必要性
• 技術(shù)原理與核心優(yōu)勢(shì)：鋰金屬負(fù)極本質(zhì)上具有更高的理論比容量和較低的電化學(xué)電位，是打開(kāi)能量密度上限繞不開(kāi)的環(huán)節(jié)。當(dāng)前硅碳負(fù)極是中期較成熟方案，但屬摻雜應(yīng)用，難以實(shí)現(xiàn)純硅方案。在400Wh/kg以下能量密度水平，硅碳負(fù)極可提升能量密度；在400-500Wh/kg及以上的長(zhǎng)期迭代中，鋰金屬負(fù)極是核心發(fā)展趨勢(shì)。
• 固態(tài)電池適配性：鋰金屬負(fù)極應(yīng)用的主要瓶頸是鋰枝晶問(wèn)題。在液態(tài)電池中，鋰枝晶生成會(huì)刺穿SEI膜，導(dǎo)致鋰持續(xù)消耗、電池循環(huán)壽命降低，嚴(yán)重時(shí)會(huì)刺穿電解質(zhì)膜，引發(fā)電池內(nèi)部失效。而固態(tài)電池體系能抑制鋰枝晶發(fā)展，所以鋰金屬負(fù)極在固態(tài)電池中更適配。
• 行業(yè)發(fā)展共識(shí)：行業(yè)已形成鋰金屬負(fù)極作為高能量密度負(fù)極核心趨勢(shì)的共識(shí)。歐陽(yáng)明高院士2025年2月發(fā)言指出，鋰負(fù)極的硫化物全固態(tài)電池是長(zhǎng)期發(fā)展方向。
2、鋰金屬負(fù)極的發(fā)展痛點(diǎn)與市場(chǎng)前景
• 核心痛點(diǎn)：鋰枝晶問(wèn)題：鋰金屬負(fù)極的核心痛點(diǎn)是鋰枝晶生長(zhǎng)。當(dāng)正極側(cè)的鋰遷移至負(fù)極，易因沉積不均勻形成枝晶。枝晶會(huì)刺穿SEI膜，導(dǎo)致鋰持續(xù)消耗、電池循環(huán)壽命降低；更嚴(yán)重時(shí)會(huì)刺穿電解質(zhì)膜，導(dǎo)致電池內(nèi)部失效。此外，枝晶產(chǎn)生會(huì)引發(fā)負(fù)極膨脹、形成死鋰，導(dǎo)致SEI膜破裂和不停重構(gòu)，加劇循環(huán)壽命下降，最嚴(yán)重會(huì)引發(fā)電池短路。當(dāng)前主流應(yīng)對(duì)方向之一是采用人工SEI膜處理。
• 2030年市場(chǎng)規(guī)模測(cè)算：2030年鋰金屬負(fù)極市場(chǎng)規(guī)模測(cè)算假設(shè)：2030年全固態(tài)電池出貨180GWh，鋰金屬負(fù)極滲透率20%，采用雙面20微米鋰箔（合計(jì)40微米）?；诖?，單考慮鋰金屬部分用量約7700噸，對(duì)應(yīng)近百億市場(chǎng)規(guī)模。
3、鋰金屬負(fù)極的工藝路線分析
• 壓延法：當(dāng)前主流工藝：壓延法是當(dāng)前較為成熟的工藝，歷史悠久，有望實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化和規(guī)?；?。其工藝為先擠出，再通過(guò)壓延進(jìn)一步做薄。當(dāng)前市場(chǎng)主流鋰帶厚度比20微米更厚，受碟片壓或卷繞處理超薄材料的技術(shù)限制，目前較好水平是20微米。未來(lái)幾年，20微米鋰帶大概率仍是主流，但長(zhǎng)期并非理想狀態(tài)。固態(tài)電池鋰負(fù)極理想厚度為5 - 6微米，過(guò)厚會(huì)導(dǎo)致鋰冗余，不利于能量密度提升和降本。壓延法有工藝迭代空間，繼續(xù)做薄可能，20微米并非極限，是近期可見(jiàn)的規(guī)模化工藝。
• 液相法與氣相法：潛在方向：液相法和氣相沉積法是制備超薄鋰帶的潛在新工藝，原理上可制備超薄鋰帶，但距量產(chǎn)和規(guī)?；休^大距離。液相法基于鋰熔點(diǎn)低，將鋰熔融成液態(tài)后噴涂在集流體上，工藝簡(jiǎn)單，但鋰與銅集流體浸潤(rùn)性差，易形成球狀液滴，需在基底預(yù)涂有機(jī)過(guò)渡層改善浸潤(rùn)性以制備超薄鋰，后續(xù)需突破過(guò)渡層設(shè)計(jì)和均勻性問(wèn)題。氣相沉積法包含蒸發(fā)鍍等多種方式，其中蒸發(fā)鍍最具可行性，原理是在真空環(huán)境下加熱鋰金屬使其蒸發(fā)，再在銅箔上冷凝成膜。蒸發(fā)鍍?cè)诠I(yè)中不陌生，但在鋰金屬領(lǐng)域應(yīng)用未完全成熟，正往中試推進(jìn)，被認(rèn)為是氣相沉積法中最適合生產(chǎn)超薄鋰帶的技術(shù)，具備可重復(fù)性，未來(lái)有望實(shí)現(xiàn)工業(yè)規(guī)?；a(chǎn)。電沉積法因不太成熟未詳細(xì)贅述。
• 工藝對(duì)比與商業(yè)化進(jìn)展：主流工藝在技術(shù)成熟度、加工性能和經(jīng)濟(jì)性上存在差異。技術(shù)成熟度順序?yàn)閴貉臃?gt;氣相沉積法>液相法>電沉積法；加工性能順序?yàn)闅庀喑练e法、液相法>壓延法>電沉積法；經(jīng)濟(jì)性順序?yàn)橐合喾?gt;壓延法>氣相沉積法>電沉積法。商業(yè)化進(jìn)展方面，壓延法會(huì)率先實(shí)現(xiàn)規(guī)?；涞?；液相法和氣相沉積法作為長(zhǎng)期潛在方向，目前距量產(chǎn)和規(guī)模化仍有較大距離。
4、鋰金屬負(fù)極的競(jìng)爭(zhēng)格局
• 參與企業(yè)類(lèi)型與布局：鋰金屬負(fù)極領(lǐng)域主要有鋰企業(yè)、負(fù)極廠及箔材廠三類(lèi)參與主體。鋰企業(yè)如天鐵、贛鋒、天齊，依托豐富的鋰資源和金屬鋰產(chǎn)能布局，在鋰錠制備上具備成本和質(zhì)量?jī)?yōu)勢(shì)。負(fù)極廠方面，璞泰來(lái)、道氏、貝特瑞等企業(yè)在硅碳負(fù)極與鋰金屬負(fù)極上形成雙路線并行的發(fā)展局面。箔材廠中，傳統(tǒng)復(fù)合銅鋁領(lǐng)域的中一科技、英聯(lián)股份等企業(yè)也涉足鋰金屬負(fù)極。
• 各工藝領(lǐng)先企業(yè)：從工藝劃分來(lái)看，不同企業(yè)在壓延法、蒸發(fā)鍍、液相法等工藝上各有領(lǐng)先。壓延法領(lǐng)域，天鐵科技與星際能源合作開(kāi)發(fā)鋰銅復(fù)合帶，其產(chǎn)品質(zhì)量較領(lǐng)先；贛鋒鋰業(yè)在該工藝上也較為領(lǐng)先。蒸發(fā)鍍工藝中，英聯(lián)股份從復(fù)合鋁箔的蒸發(fā)鍍工藝遷移而來(lái)，已應(yīng)用于鋰金屬負(fù)極，并與某頭部車(chē)企合作。液相法方面，道氏技術(shù)與電子科大合作，以液相法為主；中一科技則采用液相法布局鋰銅金屬一體化復(fù)合負(fù)極材料。此外，貝特瑞布局了鋰碳復(fù)合材料。
鋰金屬負(fù)極是固態(tài)電池負(fù)極側(cè)的長(zhǎng)期發(fā)展路線，壓延法因技術(shù)相對(duì)成熟，有望率先實(shí)現(xiàn)規(guī)?；涞?；長(zhǎng)期看，液相法、氣相法是潛在發(fā)展方向。首推壓延法領(lǐng)先的天鐵科技（其與星際能源合作良好，鋰銅復(fù)合帶質(zhì)量較優(yōu)），同時(shí)關(guān)注贛鋒鋰業(yè)（壓延法技術(shù)領(lǐng)先）、英聯(lián)股份（蒸發(fā)鍍工藝遷移布局）、道氏技術(shù)（液相法合作電子科大）。
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