无负极电池的工作原理是什么？

  从中镍三元石墨到高镍硅基再到金属锂都体现了对能量密度的追求，然而这还远远不够。于是无负极电池技术开始慢慢发展起来，无负极从字面意思不难理解，也就是没有负极活性物质；你没有看错，负极是个光箔没有涂覆，（无负极电池的能量密度追求≥400Wh/kg)。

一、无负极电池工作原理：

  正极还是为常用成熟的过渡金属氧化物，利用其高电压、含锂性。充电时，锂离子在铜集流体上得电子还原，形成金属锂层；放电时，该金属锂层被氧化为锂离子，返回正极。所以和常规电芯一样，提供锂源的为正极。

  不同的是无负极电芯直接在铜箔表面原位沉积/剥离，形成“自生成”负极，无其余载体。（和锂金属负极类似，锂金属负极是锂离子在锂箔表面沉积/剥离）。

二、无负极电池优势

1、能量密度：

  由于完全去除了负极活性材料的重量和体积，电池的能量密度（特别是体积能量密度）得以最大化。已有实验室报道制作出超过1355 Wh/L的体积能量密度电芯。

2、成本：

  省去了负极匀浆、涂布、辊压等工序，简化了生产流程，并减少了石墨等材料的使用，从结构上具备降低成本的潜力。

三、无负极技术面临的挑战

  无负极电池本质上还属于特殊的锂金属电池，因此基本上面临和锂金属电芯同样的技术痛点：锂枝晶、电解液与沉积锂的副反应、SEI膜的破裂、死锂的产生、循环寿命短。

四、关键技术的解决方案

1、正极掺杂固态电解质：

  固态电解质能从机械强度上抑制锂枝晶的生长,从而降低电池内短路与热失控的风险.同时,固态电解质还具有接近于１的锂离子迁移数,也对抑制锂枝晶的生长起一定的作用。

2、铜箔改性：

  在循环过程中锂金属沉积/脱出不均匀导致接触不足带来的电池极化问题难以解决,所以通过对铜箔集流体表面进行改性,调控充放电过程中锂的沉积/溶解行为.集流体改性主要包括具有３D结构的铜集流体、集流体的亲锂改性、在铜集流体上构建人工SEI层,以及对铜集流体进行碳或聚合物装饰。

3、人工构建稳定的SEI膜：

  在集流体表面设计人工SEI 层，按照成分可以大致分为无机SEI、有机SEI、有机- 无机SEI。无机物如氟化物、氮化物、硫化物等，可以提供较高的机械强度和良好的导电性。稳定的SEI可以减少金属与电解质的直接接触，诱导锂离子均匀沉积并提高锂镀层附着力，有效抑制界面处的副反应。

4、电解液改性：

  高浓度电解液与多盐相互协同作用，能够在负极集流体上形成更稳定的SEI层来提高电池的电化学性能。然而，高浓度电解液的高粘度会导致离子电导率的降低，并且盐的成本也会相应增加。

5、正极补锂：

  在正极侧进行补锂,使其在循环过程中释放过量的锂,以弥补消耗的锂源，从而有效延长电池循环寿命。

  目前无负极电池的安全性还有很大的提升空间。也有少数企业进行了批量的出货。期待无负极电芯的技术改进。