电力设备及新能源行业固态报告系列三_无负极——从零到一_11页_1mb

电力设备及新能源：无负极电池技术分析总结

核心内容

无负极电池技术是一种对传统锂电池结构的颠覆式创新，其核心在于放弃传统石墨/锂金属负极活性材料，直接利用正极材料中储存的活性锂实现“沉积/溶解”原位循环机制。该技术有望显著提升电池的能量密度，并降低单位瓦时成本。

主要观点

• 高能量密度：无负极电池通过去除负极活性材料，实现了质量能量密度提升约35%，体积能量密度提升约80%。
• 技术突破：无负极电池技术在抑制锂枝晶生长方面取得重要进展，通过集流体改性和电解液改性等手段，显著提升了电池的循环性能和安全性。
• 宁德时代引领：宁德时代发布了“自生成负极技术”，在无负极电池领域处于领先地位，其技术实现了电池体积和重量能量密度的大幅提升，并具备灵活适配不同材料体系的能力。
• 应用前景广阔：无负极电池在钠离子、磷酸盐、三元体系中分别展现出350Wh/L、680-780Wh/L和1000Wh/L以上的能量密度，为未来高能量密度电池的发展提供了新的方向。

关键信息

无负极电池技术特点

• 结构创新：无负极电池采用“空的”铜箔集流体，所有锂离子存储在正极材料中。
• 充放电机制：在充电过程中，正极材料中的锂离子通过电解液传输至铜箔表面还原形成锂沉积层；放电时，锂金属通过氧化还原反应溶解回正极材料中。
• 性能优势：
  • 质量能量密度可达650Wh/kg；
  • 体积能量密度可达1300Wh/L；
  • 单位瓦时成本可降低15%-25%。

技术瓶颈与解决方案

• 锂枝晶问题：锂枝晶的生长会导致电池短路、热失控及失效。
• 抑制枝晶的方法：
  • 铜基集流体改性：通过亲锂材料修饰，引导锂离子均匀成核，减少枝晶生长。
  • 穿梭耦合电解液（BAFF电解液）：在负极表面形成8nm厚的固态电解质界面膜，实现平面沉积溶解，显著提升循环寿命。
• 技术成果：通过DDM工艺和Cu-CNTs集流体，实现锂金属半电池500次循环后库仑效率达97.8%；以LiFePO4为正极的全电池在0.5C倍率下100次循环后容量保持率高达69.4%。

宁德时代技术进展

• 自生成负极技术：宁德时代在2025年4月21日发布的“自生成负极技术”显著提升了电池的能量密度。
• 技术突破：
  • 纳米级界面组分和结构优化，离子传导速度提升100倍；
  • 自生成负极界面保护层技术，提升了电池存储性能300%；
  • 高热稳定新型有机溶剂体系，使电芯热稳定性提升80%。
• 适配多种体系：该技术可适配钠离子、磷酸盐、三元体系，分别实现350Wh/L、680-780Wh/L、>1000Wh/L的能量密度。

风险提示

1. 下游需求不达预期；
2. 技术迭代的风险；
3. 政策变化的风险；
4. 原材料价格变动的风险。

投资评级

• 行业走势：预计2025年4月至2026年4月期间，电力设备及新能源行业将显著强于沪深300指数。
• 投资评级：强于大市（维持评级）

作者信息

• 分析师：张磊
• 执业资格：SAC: S1070525100001
• 邮箱：zhanglei2@cgws.com

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图表目录

• 图表1：锂离子电池、锂金属电池和无负极电池结构对比
• 图表2：无负极电池充放电状态下负极结构变化
• 图表3：传统锂离子电池各部分质量分布（占比）
• 图表4：无负极电池各部分质量分布（实际质量）
• 图表5：无负极电池质量和体积能量密度实现跨越性突破
• 图表6：无负极锂金属电池与传统锂金属电池属性对比
• 图表7：锂枝晶对负极造成的问题示意图
• 图表8：DDM工艺路线和Cu/Cu-CNTs两种不同界面上的锂沉积
• 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
• 图表10：宁德时代发布自生成负极技术
• 图表11：宁德时代自生成负极界面保护层技术
• 图表12：宁德时代高热稳定新型有机溶剂体系
• 图表13：宁德时代自生成负极技术灵活适配各种材料体系