电力设备及新能源行业固态报告系列三：无负极-从零到一

电力设备及新能源无负极电池是对传统锂电池结构的颠覆式创新。无负极电池通过放弃传统石墨/锂金属负极活性材料，直接利用正极材料自身活性锂储存形成动态可逆的“沉积/溶解”原位循环机制，可以将全电池能量密度推向极致，被视为高能量密度锂金属电池的终极选择。无负极电池有望实现锂离子电池能量密度的突破。无负极电池不存在负极活性物质的特点提供了质量/体积能量密度上的优势。相较于石墨负极锂离子电池，无负极电池大幅削减了负极的体积和质量占比，体现出将质量能量密度提高约35%和体积能量密度提高80%的潜力。同时，由于摒弃负极活性材料大幅简化了程序工艺，单位瓦时降本可达15%至25%。无负极电池科研加速迭代。抑制锂枝晶生长是突破无负极电池技术瓶颈的关键。在集流体改性领域，通过亲锂材料修饰界面，可以降低锂沉积的势垒，并作用于铜集流体表面的锂成核位点，引导锂均匀且紧凑地成核；在电解液改性领域，西湖大学工学院王建辉团队研发的穿梭耦合电解液，可以在负极表面形成一层约8nm厚、亚纳米级均匀的固态电解质界面膜，从而实现平面沉积溶解，从根源上避免枝晶产生，推动了无负极电池量产化节奏。宁德时代发布“自生成负极技术”，领衔无负极电池发展。2025年4月21日，宁德时代在超级科技日活动上公布了一项“自生成负极”技术，通过使金属以元素的形式沉积在集流体上，电池体积能量密度提升60%，重量能量密度提升50%。该技术实现了纳米级的界面组分和结构、自生成负极界面保护层、高热稳定的新型有机溶剂体系，灵活适配各种材料体系。钠离子体系下自生成负极电池体积能量密度可达350Wh/L，磷酸盐体系自生成负极电池可达680-780Wh/L,三元体系自生成负极电池可达1000Wh/L以上。风险提示：下游需求不达预期；技术迭代的风险；政策变化的风险；原材料价格变动的风险。强于大市（维持评级）行业走势电力设备及新能源沪深30077%66%55%44%33%22%11%0%2025-042025-08 3 3 5 6 8 3 4 4 4 5 5 6 7 7 8 8 8 9无负极电池技术是一种高能量密度的锂金属电池。根据粉体网，传统锂离子电池以石墨为负极，其较低的理论容量（372mAh/g）已经不能满足日益增长的能源需求。以理论比容量更高（3890mAh/g）氧化还原电位更低（-3.04VvsSHE）的锂金属材料替代石墨被视为极具前景的策略。然而锂金属在充放电循环中存在锂枝晶的生长、电解质和电极之间的副反应以及死锂的产生等现象，导致锂金属电池的库仑效率低于石墨负极。通过放弃传统锂金属作为负极，无负极电池可以将全电池能量密度推向极致，被视为高能量无负极电池是对传统锂电池结构的颠覆式创新。根据粉体网，无负极电池的关键技术是极，从而降低电池系统质量，提高电化学循环性能。充电时，正极层状氧化物晶格提供脱嵌的锂离子，经由电解液传输到负极铜集流体表面无负极电池不存在负极活性物质的特点提供了质量/体积能量密度上的优势。根据梁淑 贞《高能量密度无负极锂金属电池研究进展》和邢建博《高循环稳定性准固态无负极锂 金属电池的设计构筑及性能研究》等研究，从体积上看，在其他电池组件均相同的情况 负极的质量在传统锂电池中的占比达27.8%。无负极锂金属电池通过采用一种“空的”了负极的体积和质量占比，体现出将质量能量密度提高约35%和体积能量密度提高约 80%的潜能。铝箔（mg/cm^2）铜箔（mg/cm隔膜+电解液（mg/cm^2）NCA2资料来源：《高循环稳定性准固态无负极锂金属电池的设计构筑及性能研究》众号，西湖大学王建辉团队制造的无负极锂金属软包电池在没有任何集流体修饰和外源势显著。.质量能量密度（Wh/kg).体积能量密度（Wh/L)无负极电池可以显著降低电池成本和制作工艺难度。无负极电池彻底摒弃了负极活性材料，节省了负极材料尤其是昂贵的锂金属材料的成本。根据环球零碳公众号测算，无负电池简化了电池结构，不再需要制备石墨负极，这在缩减了电池制造流程的同时，也省抑制锂枝晶生长是突破无负极电池技术瓶颈的关键。根据杨晓《无负极锂金属电池三维积与溶解会导致锂枝晶的形成与生长以及“死锂”的堆积，最终引发电极形状的剧烈变容易造成电池内部短路，诱发热失控，并最终导要包括集流体改性、电解液改性、添加额外锂源、循环参数设计等。铜基集流体改性通过亲锂材料修饰引导锂离子均匀成核抑制锂枝晶。根据杨晓《无负极或3D泡沫铜材料表面进行修饰，采用非金属材料（如碳、硅修饰界面，从而降低锂沉积的势垒，并作用于且紧凑地成核。这些材料能够提供更多的活性反应位点和离子传输通道，从而抑制锂枝晶的生长。Shan1等人通过变形驱动冶金（DDM）技术制备多壁纳米管复合铜基材料穿梭耦合电解液技术突破推动高能量密度无负极电池迈向量破了无负极锂金属电池循环寿命短这一关键瓶颈。该电解液能在负极表面形成一层约晶产生，向高能量密度电池的大规模量产迈出了坚实一步。图表9：BAFF电解液中不同充放电状态下铜箔的大视角倾斜SEM图像资料来源：PlanarLidepositionanddissolutionenablepracticalanode-frepouchcells代在超级科技日活动上公布了一项“自生成负极”技术。其通过无负极电池技术，不再配置更多电量，从而支撑更长的续航里程。宁德时代在自生成负极技术领域取得三项技术突破。一是通过调整纳米级的界面组分和速率减少了90%，让金属离子在界面上实现了均匀致密的沉积；二是构建了自生成负极电芯热稳定性提升了80%，拓宽了电芯的宁德时代自生成负极技术灵活适配各种材料体系。钠离子体系下自生成负极电池体积能量密度可达350Wh/L，磷酸盐体系自生成负极电池可达680时代科研团队对醚基非水电解液体系中锂金属电池的界面