1.1 金属锂是负极材料的最终方案
当前锂离子电池的能量密度瓶颈明显：自从锂离子电池被研发出来后,便以极快的发 展速度拓展到手机、电脑、汽车等领域,且锂离子电池的能量密度一直在增加。尽管目前 已经开发出富锂锰基、高压钴酸锂、高镍三元等正极材料,但在保证循环寿命及安全的情 况下,其表现出的能量密度仍难以突破 350Wh/kg。而面对未来电动汽车市场不断增长的需 求,需要进一步研发能量密度超过 500Wh/kg 的电池。 当前石墨负极的理论比容量构成了电池能量密度瓶颈，金属锂是负极材料的最终方 案：虽然优化生产工艺可以在一定程度上提高电池的循环寿命和安全性，但是提高电池 能量密度的关键归根结底还是在于开发具备更高能量密度的电极材料。目前，石墨负极 仅能提供有限的理论比容量（375mAhg−1），其主要原理是在放电过程中 Li+去溶剂化并 随之进入石墨层间形成嵌锂化合物。虽然石墨负极避免了金属锂负极的锂枝晶生长和副 反应等问题，但是其过低的理论比容量和较小的压实密度也严重限制了锂离子电池的能 量密度。基于此，具备更高的理论比容量的负极材料相继被提出，例如锡基（Sn）负极 材料、硅基（Si）负极材料、硅碳（C/Si）复合材料以及金属锂负极等。相比于已报道的 锂离子电池负极材料，金属锂负极被认为是下一代高能量密度电池的负极材料的终极方 案：（1）金属锂负极可以提供超高的理论比容量（3860mAh g−1），这意味着在实际应 用中金属锂负极厚度可以明显低于传统的石墨负极或者硅碳负极；（2）金属锂负极具备 极低的理论氧化还原电位（− 3.04 V vs. 标准氢电极），这可以保证在采用相同正极材料 的情况下所组装的电池具备更高的工作电压，最终提升电池的能量密度（能量密度=容量 ×电压）；（3）金属锂负极拥有较高的压实密度和金属延展性，这可以进一步降低所组 装电池的体积能量密度，这也为全固态锂电池的开发提供了前提条件。
1.2 锂金属负极市场空间：2030 年需求有望超百亿
预计 2030 年固态电池出货 614.1GWh：根据 EVTank 的数据，2024 年全球固态电池 出货量达到 5.3GWh，同比大幅增长 4.3 倍，全部为半固态电池，主要为中国企业生产， 预计到 2030 年全球固态电池出货量将达到 614.1GWh，其中全固态的比例将接近 30%。 2030 年锂金属负极市场空间达到 108.2 亿元：假设 2030 年出货的固态电池中有 30% 为全固态电池，其中应用锂金属负极的比例为 25%，1GWh 电池使用 1100 万平锂金属负 极（双面 40μm 厚度），则单 GWh 电池需要锂金属负极 235.0 吨，2030 年锂金属负极 需求 10821.7 吨，对应市场空间为 108.2 亿元（按照单价 100 万元/吨测算）。
2.1 锂负极面临的问题：副反应、膨胀、锂枝晶
锂金属负极的应用面临三大核心问题：作为突破能量密度瓶颈的战略性负极材料， 锂金属虽具备高理论比容量、低氧化还原电位，但其实际应用仍受制于三大核心失效机 制：①高化学反应活性引发的持续界面副反应；②锂沉积/剥离过程中体积膨胀导致的电 极结构粉化；③局部电流密度分布不均诱发的枝晶生长。经过数十年机理研究，学界已 建立多尺度解决方案框架，推动锂金属负极从实验室走向工程化应用。
锂金属的高活性引发持续的界面副反应，最终导致电池失效：锂金属作为碱金属家 族的一员，其独特的物理化学特性使其在电化学储能领域备受关注。得益于全金属元素 中最小的离子半径（0.76Å），锂展现出两个显著优势：其一，理论上具有高达 3860mAh/g 的质量比容量；其二，表现出优异的离子迁移动力学特性。该金属的电化学特征同样较 为优异，其相对于标准氢电极的氧化还原电位低至-3.04V，这种强还原性虽然赋予其高 能量密度特性，但也导致极高的表面反应活性。值得注意的是，锂金属在特定电解质体 系中表现出界面稳定性，这源于其表面能够原位形成由无机成分主导的稳定固态电解质 界面层（SEI），这一特性为锂金属负极的实际应用提供了重要基础。以上这些特点使锂 金属与多种溶剂可发生反应来形成稳定的固态电解质膜（SEI），如 LiBF4、LiPF4 和 LiAsF6 等锂盐，有机溶剂 PC、EC 等。SEI 膜的组成部分主要包括无机成分（Li2CO3、LiF、Li2O 等）和有机成分（ROCO2Li、ROLi、(ROCO2Li)2 等。但是当 SEI 的化学稳定和力学强度 受到破坏后，电解液会因此持续消耗并与锂金属发生进一步腐蚀，最终导致电池失效。
循环过程中的体积变化：在锂电池的应用中，任何负极材料在应用时都会发生体积 上的明显改变，这是由材料结构、电化学嵌入/脱出机制、应力与机械失效和动力学因素 导致。如石墨负极的体积膨胀率在 10%，硅负极的体积膨胀率高达 30%，对比这些材料， 锂金属直接的沉积/溶解同样会导致极大的体积变化，也会导致 SEI 膜破裂。
锂金属表面的锂枝晶生长易造成热失控和电池性能衰减：锂金属表面枝晶的形成主 要源于金属沉积过程中的电场分布异质性。在电化学沉积过程中，当体系电流密度逼近 临界值 J*（电解质最大载流能力）时，电解液内部将形成显著的阳离子浓度梯度。此时 阳离子在电场驱动下迁移至负极表面发生还原沉积，导致电极/电解液界面区域出现电荷 失衡—阳离子的持续消耗使得界面附近电解液呈现净负电性，从而触发锂离子的加速吸 附补偿效应。这产生了两个严重问题：其一，局部电场强度与电流密度的空间异质性导 致锂金属呈现选择性沉积特征，具体表现为表面粗糙区域的尖端增强效应，该处的强电 场会进一步加剧锂离子的优先沉积，形成枝晶。其二，基底材料涂覆不均匀性会放大这 种电流分布的非对称性，致使金属沉积过程呈现自催化式的非稳态生长。 锂枝晶的生长导致了两个问题：尖锐的枝晶可能穿透隔膜引发内部短路，造成热失 控风险；机械应力导致的枝晶断裂会产生电化学失活的“死锂”，这些不可逆的锂损耗将 显著降低电池的循环容量与库伦效率。 锂枝晶的生长过程具有较强的自加强特性，其根本机理与尖端电场分布有密切的关 系。在锂的沉积过程中，较大曲率半径的枝晶尖端会形成更强的局部电场，这种电场强 化效应导致锂金属优先在这些高曲率位点持续沉积。与此同时，金属锂的体积变化会引 发固态电解质膜（SEI）破裂，新暴露的锂表面立即成为电解液的接触点，此时自加强效 应使得锂在裂缝边缘快速沉积，形成具有正反馈特征的生长循环。这种选择性沉积机制 促使枝晶在特定位置不断延伸，直至机械应力导致枝晶断裂，最终形成与基体脱离的“死 锂”层。经过多轮充放电循环后，电极表面逐渐被多孔的死锂层覆盖，这不仅显著阻碍了 锂离子的传输动力学，还直接造成电池容量的不可逆衰减。更为严重的是，持续生长的 锂枝晶可能突破隔膜物理屏障，诱发内部短路等安全隐患，这对高能量密度锂金属电池 的实际应用构成了重大挑战。
2.2 锂金属负极的改性方法
2.2.1 三维结构化负极设计
传统锂金属负极是平面或者其他二维结构，在多次锂沉积和剥离过程中体积会有巨 大变化，使锂金属负极的结构发生明显变化。为了解决此问题，将三维骨架作为金属锂 的“宿主”以缓解其在循环过程中的体积膨胀。在充电过程中，三维骨架内部的空间可 以用于存储锂沉积以缓解体积膨胀和抑制锂枝晶的垂直生长。同时，在放电过程中，存 储在三维骨架内部的锂开始剥离溶解，而三维骨架则保持稳定以避免发生结构坍塌。在 三维骨架引入锂的方式包括熔融灌注和电化学沉积两种方式。然而，三维骨架的引入会 在一定程度上降低负极材料的比容量，因此三维骨架在复合锂负极中的占比是非常重要 的。 碳基基底材料：在锂金属电池基底材料中，碳基材料有优异的导电特性、可调控的 结构特性及稳定的化学性质。目前针对不同孔隙结构和形貌特征的碳材料展开了系统性 的研究，其中，电化学手段构建石墨烯/碳纳米管（CNT）的符合界面成为主流。例如， 有研究人员在三维碳纳米管（CNT）表面构筑 Al2O3 人工 SEI 膜，开发出新型锂金属沉 积电极。该体系通过优化碳源类型和添加剂配比显著提升了电化学性能，其孔隙结构与 高比表面积（300~400m2g -1）展现出的优势，不仅有效促进锂离子的均匀成核，更实现了 对锂枝晶生长的空间约束。实验表明，该复合电极在 80 次沉积/剥离循环后仍保持 92.4% 的库伦效率，相较于铜箔电极具有更高的库伦效率。
金属基宿主材料：金属基三维多孔结构凭借其优异导电性和对锂的亲和性，是调控 锂沉积行为的理想平台。其核心优势在于能有效降低局部电流密度，引导锂离子均匀分 布，从而抑制枝晶生长并缓解体积膨胀。例如，有研究团队构建的 3D-Cu 三维集流体， 利用铜纳米纤维网络提供了丰富的活性位点，增大了比表面积，并诱导锂优先在其上部 沉积，有效缓解了体积变化带来的应力。垂直微通道多孔铜集流体则更具创新性，其定 向纳米通道能对锂沉积进行“空间限域”，防止其横向扩展和异常聚集。实验证明，采 用该设计的全电池在100次循环后容量保持率高达90%，显著优于传统平面集流体的80%， 展现出卓越的循环稳定性。
亲锂元素掺杂：从组分设计入手，通过在复合锂负极中掺杂亲锂性元素或添加亲锂 涂层，是提升其性能的有效途径。这类元素（如 Ag、Au、Mg、Al 或 N、P、F、O 等） 能与锂反应生成 Li₃ N、LiF 等化合物，这些化合物可作为优异的成核位点，显著降低锂 的成核能垒。其结果是诱导锂金属均匀成核与沉积，从而有效抑制锂枝晶的生成，最终 大幅延长复合锂负极的循环寿命。
2.2.2 金属锂基合金化设计
构建富锂合金也是优化锂金属负极的一种主要策略。其核心机理在于，富锂合金晶 粒与锂离子结合能高、费米能级低，可作为均匀的亲锂位点引导锂均相沉积。这不仅显 著改善了电池的充放电动力学，使其适应快充高功率场景，还能有效抑制锂枝晶、提升 安全性。此外，锂合金负极具备广泛的体系适应性。主要通过高温熔融、高能球磨、机 械合金化及化学合成等方法制备。根据合金元素作为合金负极的理论比容量、平台电压、 理论能量密度、理论成本、年产量、延展性和合金化机制，Al、In、Sn 和 Sb 被确认为最 具希望的合金元素，其能量密度相比于石墨负极提高了约 50%，并且还能提供超高的合 金化效率。
2.2.3 原位电解液工程
原位电解液工程是一种简单且高效的 SEI 优化手段：随着锂金属负极暴露在电解液 环境中，锂金属负极会自发与溶剂反应并形成以有机物为主的 SEI，这种自然生成的 SEI 往往表现出较低的界面能和 Li+扩散能力，并且也没有足够的机械强度以避免在循环过程 中不断发生的裂解。因此，通过优化电解液组分以实现具备高界面能、高锂离子扩散能 力和高机械强度的理想 SEI 是可行的。通过原位电解液工程可以极大地提升金属锂负极 的循环稳定性、提升库伦效率以及抑制锂枝晶生长，最终实现高性能锂金属二次电池。 此外，原位电解液工程通常情况下不需要增加额外的生产工艺和设备，这种简单且高效 的改性手段非常易于实际的商业化应用。
采用电解液添加剂提升性能：不同的电解液添加剂对于锂金属电池电化学性能的提 升原理各不相同，含氟有机添加剂改善锂金属电池电化学性能的主要原理是提高 SEI 中 无机成分 LiF 的含量和帮助 SEI 提高物理机械弹性。由于 LiF 具备低电子电导性、高杨 氏模量、优异的电化学稳定性以及最大的 LUMO 与 HOMO 能带带隙，LiF 被视为 SEI 的理想无机组分。在已报道的众多含氟有机添加剂中，FEC 已被证明是稳定锂金属负极 的最有效的电解液添加剂之一，其 LUMO 能级低于多数的电解液溶剂且可增加 SEI 中 LiF 组分的有效含量。有研究表明，FEC 添加剂可优化氟化环状碳酸酯的溶剂化数 （FEC:DFEC>临界比），这抑制了 FEMC 单独组分溶剂化的锂配合物的分解所导致的。
“局部高浓度电解液”的改性策略：当前，商业化的电解液浓度被优化控制在 1M （molL −1）左右。具体地说，锂盐对电解液体系中的锂离子输运至关重要，并且锂离子 电导率随着锂盐浓度的增加而增大。同时，高浓度的电解液可以有效避免锂金属负极表 面由于浓差极化所造成的锂离子含量降低和分布不均匀。然而，过高的锂盐浓度不仅提 高了电解液粘度导致锂离子迁移阻抗上升，而且还会在一定程度上提高了电解液的生产 成本。鉴于高浓度电解液所面临的困境，相关研究人员进一步提出了“局部高浓度电解 液”的改性策略以实现稳定金属锂负极和高效锂/电解液界面。该策略通过在高浓度电解 液中引入溶剂稀释剂来实现局部高浓度电解液，这样不仅能够保留高浓度盐-溶剂簇的局 部配位环境，同时也有效降低了局部高浓度电解液的总锂盐浓度。 电解液的锂盐通常包括六氟磷酸锂（LiPF6）、六氟硼酸锂（LiBF4）、高氯酸锂（LiClO4）、 二负草酸硼酸锂（LiDFOB）以及双三氟甲基磺酰亚胺锂（LiTFSI）及其衍生物等。然而， 在局部高浓度电解液中，锂盐需要对溶剂具备高溶解度和离解常数以避免相分离而对稀 释剂的溶解度需要很小或没有溶解度。传统的锂盐无法满足这些要求，而锂酰亚胺盐被 视为理想的选择（如双三氟甲磺酰亚胺锂（LiFSI）和双氟磺酰亚胺锂（LiTFSI））。同 时，在局部高浓度电解液中，所采用的稀释剂也应该具备较低的黏度和足够的稳定性， 如双(2,2,2-三氟乙基)醚（BTFE）和 1,1,2,2-四氟乙基 2,2,3,3-四氟丙基醚（TTE）等。
电解液体系优化：除了使用电解液添加剂和局部高浓度电解液之外，对电解液体系 包括锂盐和溶剂进行筛选和调控也是一种有效的性能提升策略。虽然锂盐在金属锂电池 电解液中只提供锂离子的传导作用，但是不同的锂盐对 Li+的电沉积/剥离行为的影响也不 尽相同。目前，金属锂电池常用的电解液锂盐主要包括碳酸酯基电解液的 LiPF6 和醚基电 解液的 LiTFSI。相比于 LiPF6，LiTFSI 具备更高的锂离子电导率且衍生的 SEI 稳定性更 好，但是成本过高以在高电压下易侵蚀铝箔导致其无法直接应用于高电压锂金属电池。 研究人员提出了一种 LiPF6-LiNO3 锂双盐电解液体系，其中将 0.5M 的 LiNO3/四甘醇二甲 醚（TEGDME）溶液引入到商业化的 1.0 M LiPF6，碳酸乙烯酯（EC）/碳酸二甲酯（DMC） （V:V=1:1）电解液。与其他的醚基溶剂相比，TEGDME 具备较高的溶解度以及更好的 氧化稳定性而被选用为 LiNO3 的溶剂。由于 NO3 −高度参与 Li+溶剂化结构，LiNO3 在 SEI 成膜过程中占据主导地位并直接抑制了 LiPF6 的分解，最终实现了稳定的 SEI 且无锂枝晶 生长的稳定金属锂负极。
有机溶剂对锂盐的溶解性和电解质的离子传导有重要作用，进一步影响了循环稳定 性、可逆容量以及电池的安全性等因素。目前，金属锂电池常用的电解液溶剂主要包括碳酸酯基溶剂（如 EC、碳酸二乙酯（DEC）、DMC 等）和醚基溶剂（如二氧戊烷（DOL） 和乙二醇二甲醚（DME））。有机溶剂决定了 SEI 膜的化学/物理特性，通过调控和优化 锂金属电池电解液溶剂可以有效提升SEI 的稳定性进而提高锂金属电池的电化学稳定性。
2.2.4 人工 SEI 膜构建
由于锂枝晶的刚性较差，在金属锂负极表面构建人工 SEI 层被认为是一种稳定金属 锂/电解液界面的有效手段。人工 SEI 层通常需要拥有高锂离子导电率、高电子电阻率以 及高机械强度以充分抑制锂枝晶的生成和垂直渗透。通常人工 SEI 膜可分为原位构筑和 非原位构筑两种。 原位构筑 SEI 膜：原位人工 SEI 膜相较于天然形成的 SEI 膜，具有更厚、强度更高 的优势，例如富集 LiF 的 SEI 膜，可以显著的增强锂电池的稳定循环表现。例如，有研 究人员开发了锂金属与聚丙烯酸（PAA）原位聚合的技术，构建了动态自适应的聚丙烯 酸里（LiPAA）基 SEI 膜，该聚合物界面层展现出极高的断裂伸长率和弹性模量。
非原位构筑人工 SEI 膜：尽管原位生成 SEI 可以为负极提供一定的保护，但是原位 生成的条件和组分相当复杂，并且过程较为不可控，当前工作对微观层面的 SEI 膜形成 还有待研究。非原位构筑 SEI 膜的方法更加可控，目前主流的制备技术包括磁控溅射和 ALD 等技术。 构建高性能人工 SEI 膜的核心在于保障锂离子的快速、均匀传输，因此需要采用高 离子导率的材料。LiF、Li₃ N 和 Li₃ PO₄ 等离子导体是理想选择。其中，Li₃ PO₄ 的作用 是双重的，它既能作为致密隔离层阻止电解液与锂金属的直接接触，又能通过其独特的 电荷再分布能力均化界面电场，引导锂离子有序沉积，从而提升循环稳定性。 此外，LiF 则因其晶体结构为锂离子提供了低能垒的扩散通道，且能形成高表面能的 致密层，从而具备卓越的离子传导能力，可以通过采用磁控溅射技术在锂金属表面构筑 LiF 基人工 SEI 膜。研究表明，通过磁控溅射技术构筑的 LiF 保护层，能有效引导锂金属 定向沉积，使电池在长循环中保持高容量和优异的库伦效率。
3.1 挤压、轧制：成熟的工业化生产工艺
锂金属提取：金属锂与环境中的其他成分具有高度反应性，因此在自然界中从未以 游离态存在。为此，必须从锂化合物中提取锂元素。工业上通常先从盐湖卤水或者锂辉 石矿石中提取碳酸锂或者氯化锂，然后采用电解法生产出金属锂锭。获得金属锂锭后， 需经挤压成型为薄膜、轧制减薄，并进行钝化处理以便后续加工工序，同时避免储存过 程中的氧化风险。 通过挤压工序形成锂金属带材：挤压是一种广泛应用于工业的金属成型工艺，该工 艺将圆形坯料置于腔室中，并通过不对称模具施加作用力。在金属锂的挤压加工中，作 用力由液压驱动的冲杆施加，该工艺被称为静液挤压。采用流体介质可避免冲杆或容器 与金属锂坯料直接接触。由于高静水压力导致的塑性变形，坯料与腔室间的摩擦得以消 除，加压流体由此在坯料与模具间起到润滑作用。 决定挤压压力的主要因素包括模具角度、横截面缩减率、挤压速度以及坯料温度/润 滑条件。挤压制品可呈现为棒材、杆材、带材或片材形式。所得带材厚度可薄至 250-400 微米，虽表面光洁度良好但厚度均匀性较差。为改善这些局限性，可通过在模具基座上 适配挤压模，将铸锭成型为薄片材。
通过轧制工序获得厚度约 20 微米的锂箔：根据最终电池的尺寸要求，需要对带材的 各项尺寸进行灵活调整，因此挤压后的产品必须接受外部压力处理。这一工艺又称冷轧， 它不仅能实现高通量生产，还能使挤压产品灵活适配不同电池型号的规格要求。锂金属 的轧制工艺与传统电极的压光工艺存在显著差异，因为金属锂具有无孔隙特性，且有时 需要将厚度轧制至 10-20 微米的极薄尺寸。由于锂金属具有强粘附性，且在轧制后获得 无损伤薄膜难度较大，通过在锂金属或轧辊表面覆盖聚合物支撑层可有效改善加工过程。 目前该技术已实现商业化应用，可小批量生产 30-75 微米厚度的带材。另一种方案是使用轧制添加剂作为润滑剂，既能精确控制薄膜所受张力，又可制得约 22 微米厚度且平整 度较好的锂带。类似方法已成功应用于连续生产 30 米长、15 厘米宽的锂卷。通过向熔融 锂金属中添加吸气材料并经过滤分离，在不使用润滑剂的情况下显著减少了产品缺陷。 经过铸锭成型、挤压加工和薄膜轧制工序后，最终可获得厚度约 20 微米的锂箔。
工业化锂金属薄膜生产工艺无法完全满足锂金属电池商业化的需求：尽管锂金属薄 膜的工业化生产工艺已发展多年，但现有商用产品在质量、长度、宽度及厚度方面仍无 法满足锂金属电池商业化生产对成本与性能的双重要求。例如，对于匹配商业正极，在 设计 N/P 比为 1 左右的锂金属电池时，所需金属锂的厚度约在 15～20μm，该厚度远小 于常见商业金属锂箔的厚度，因此需要设计超薄（厚度为 15μm 左右）的锂负极，来进 行正负极面容量匹配，实现高能量的密度的锂金属电池。因此，若想成功实现基于锂金 属负极的“超越锂离子”电池技术商业化，就必须持续开发新型加工工艺。
3.2 气相沉积技术：新型工艺创新技术
PVD 技术具备极强的适应性：物理气相沉积（PVD）技术是通过将材料从凝聚态源 经气相传输到待镀覆表面来实现薄膜与涂层制备的方法。实际沉积过程取决于多项参数， 包括所选材料与基材类型、基材温度、系统几何结构以及成膜动力学特性。PVD 技术目 前已被广泛应用于微电子、光学、存储介质、硬质耐磨涂层及耐腐蚀涂层等重要领域。 凭借其工艺设计优势，PVD 具有极强的适应性：可在各类基材表面沉积几乎所有无机物 及部分有机物涂层，并能制备多种合金、多层膜及复合材料。此外，不同 PVD 技术可协 同用于多层涂层中特定功能层的沉积。 溅射沉积、脉冲激光沉积和蒸发沉积是三大主流应用于固态电池的 PVD 工艺：PVD 工艺的沉积速率高度依赖于工艺条件，典型范围在 0.1-100 纳米/秒之间。因此可获得厚 度从数埃至数百微米的涂层，工艺时间跨度从数秒至数小时不等。在固态电池研究中， 最重要的 PVD 工艺包括溅射沉积、脉冲激光沉积以及蒸发沉积（热蒸发与电子束蒸发）。 由于具备大面积镀覆能力（包括卷对卷工艺），溅射沉积与蒸发沉积已在工业领域广泛 应用；而脉冲激光沉积曾长期受限于基材尺寸。近十年来，通过光束扩束与整形技术， 镀覆面积大幅提升，其输出功率较研究型 PLD 激光系统提高了数个数量级。
3.2.1 电子束真空蒸镀
电子束真空蒸镀（EB-PVD）技术基于电子束作用原理：在超高真空环境中，受热至 产生热电子发射的钨丝会释放出电子束。该电子束经高动能加速后，通过磁场导向聚焦 于通常放置于坩埚内的材料靶材。当电子束轰击靶材时，电子能量迅速转化为热能，导 致靶材熔化或升华，从而使材料气化并沉积至基材表面形成涂层。 EB-PVD 技术的突出优势包括：镀层杂质含量极低、沉积速率高、靶材喷射材料定 向性好、材料利用率高，且适用于高熔点金属与介电材料。此外，该技术还可与离子辅 助源兼容。EB-PVD 广泛应用于光学镀层（如高纯度薄膜和导电玻璃）领域，同时因其 镀层与基体间卓越的结合力，在航空航天行业的耐磨涂层与热障涂层、切削工具行业的 硬质涂层等领域具有重要工业应用前景。然而，目前极少有研究将 EB-PVD 作为蒸发金属锂以制备固态电池负极的有效手段，现有工作主要集中于深化对固-固（电解质/锂）界 面机理的理解。因此，EB-PVD 技术仍需进一步证明其作为锂金属负极制备适用工艺的 可行性。
3.2.2 脉冲激光沉积
脉冲激光沉积（PLD）技术通过一个或一系列高能激光脉冲使材料蒸发。待沉积的 靶材放置在不锈钢腔室内的旋转支架上，沉积前需在腔室内建立超高真空环境。在 PLD 过程中，会发生一系列复杂的物理反应：激光辐射与固态靶材相互作用，使其转化为气 相并形成由原子、分子和离子组成的高能等离子体羽辉并最终在基板表面凝结形成薄膜。 通过精确控制真空度、载气环境、基板温度与靶基距等参数，可实现从单晶到非晶等多 种薄膜结构的可控生长，并能精确复现复杂材料的化学计量比。 在能源领域，PLD 技术对全固态微电池研发具有重要价值，既可逐层构建完整电池 结构，又能通过修饰集流体表面稳定锂金属负极。研究表明 PLD 制备的锂薄膜能有效抑 制枝晶生长，但因锂的高活性需在严格隔绝水氧的环境中操作，加之设备成本高与沉积 面积受限，制约了其广泛应用。目前除芬兰公司 Pulsedeon 实现产业化应用外，该技术在 锂金属制备领域仍属探索阶段。 虽然 PLD 并非制备锂薄膜的最适宜技术，但通过优化集流体表面处理，它仍可在锂 金属电池未来发展中占据重要地位，特别是在开发下一代无负极锂金属电池领域展现潜 力。
3.2.3 溅射沉积
溅射沉积是一种利用辉光放电产生氩离子轰击靶材，使其原子被溅射出来并沉积在 基片上形成薄膜的工艺。通过施加电场和磁场（磁控溅射）可以高效控制这一过程。该 技术具有沉积速度快、薄膜均匀致密、纯度高、重复性好且易于工业化等显著优点。 在电池制造领域，磁控溅射技术在制备薄膜电极、固态电解质、隔膜等关键组件中 扮演了核心角色。然而，对于金属锂这种重要材料的溅射研究却非常有限，仅有少数研究尝试沉积锂膜并分析其扩散行为和稳定性。 尽管锂溅射原理本身是成熟的，但将其发展为制造锂金属负极的可行工具仍面临重 大挑战。这主要源于金属锂固有的物理化学特性（如低熔点、易钝化），导致传统锂靶 材在溅射过程中容易出现熔化、与背板粘附不良等问题。因此，开发新型锂靶材制造方 法或改进溅射工艺已成为该领域迫切的需求。
3.2.4 热蒸发镀
蒸发镀技术是一种典型的物理气相沉积方法，其核心原理是在高真空环境下，通过 电阻加热、电子束轰击等方式使镀膜材料蒸发气化，产生的蒸气原子或分子在真空腔体 中直线运动，最终凝结在基片表面形成致密、均匀的薄膜。该工艺因其成膜纯度高、质 量好、工艺过程相对简单而备受青睐，特别适用于低熔点金属（如铝、银、锂等）及部 分化合物的镀膜，广泛应用于光学镜片、微电子器件及锂电池电极等领域的薄膜制备。 由于锂的熔点较低且在低温下具有高蒸气压，热蒸发镀已成为沉积锂薄膜的首选方 法。与此同时，热蒸发镀需要真空环境和较高的加热温度，并且在制备过程中，需要进 一步考虑其衬底的选择，因此为锂基负极的大规模实用化制备带来了一定的困难。
综上，物理气相沉积技术是沉积金属锂薄层的有效策略。在各类技术中，电子束蒸 镀和溅射沉积尚未突破实验室规模限制，脉冲激光沉积技术则因锂易污染特性面临操作 难题。目前热蒸发镀被证明是最适合制备金属锂薄膜的 PVD 技术，在未来锂金属电池发 展中具有重要地位。当前热蒸发镀已用于薄膜微型电池的锂负极制造，相关研发设备和 中试生产线已实现商业化，加拿大 Li Metal 公司正在推进蒸发锂阳极的商业化进程并已 建成中试产线。
3.3 熔融法：另一种极具前景的技术
熔融法是另一种极具前景的策略：利用锂相对较低的熔点特性，可在无氧环境中轻 易将其转化为液态，随后通过浸涂、喷涂或刮刀涂布等标准工艺沉积于基材表面。该方法的核心优势在于工艺相对直接，并能与现有涂布技术兼容。然而，其面临的最主要技 术瓶颈是熔融锂因其极高的表面能，对大多数基材（如碳骨架或固态电解质）表现出极 差的润湿性，导致无法形成均匀、稳定的涂层。
亲锂化处理是关键环节：为解决润湿性差的难题，亲锂化处理成为了该技术不可或 缺的关键环节。研究人员发展了多种策略，主要包括：化学方法，如在基材表面构建锡、 硅等亲锂涂层，或进行元素掺杂；以及物理方法，如调控基材的表面粗糙度和表面能。 一个成功的范例是通过在三维多孔碳骨架上沉积硅涂层，显著改善了润湿性，从而利用 熔融灌注技术制备出具有高容量和优异循环稳定性的复合锂负极，有效抑制了循环过程 中的体积变化。 尽管在实验室层面取得了显著进展，熔融法在迈向大规模产业化时仍存在严峻挑战。 熔融锂的高化学活性要求整个生产过程必须在严格无氧无水的环境中进行，大幅增加了 设备和运营成本。同时，金属锂固有的低机械强度使得生产超薄、大宽幅的锂箔变得极 其困难，在轧制等过程中易出现粘辊、断带等问题。虽然通过制备复合负极结构在一定 程度上克服了纯锂的缺陷，但如何平衡工艺成本、环境控制与产品性能，仍是该技术未 来实现商业化应用必须攻克的关键课题。
3.4 电化学沉积：兼具厚度可控性和工业化可行性
除前述锂金属负极制备方法外，电化学沉积工艺也可用于生产金属锂薄膜。电沉积 技术起源较早，其原理是通过外部电源在浸入电解液的两电极间施加电流，使金属离子 在负极表面还原沉积成膜。实验室研究通常采用三电极体系精确控制电位，而商业化生 产则可采用米级大型电镀槽甚至卷对卷连续电镀系统。与其他金属不同，锂金属电沉积薄膜尚未实现商品化，但该技术具有显著优势：既能避免传统热加工法产生的高温与有 毒气体，又可因低温工艺和廉价原料降低生产成本，还能突破挤压法的厚度下限并实现 更灵活的宽度调控。然而受锂金属特性限制，该工艺需在干房环境中进行且可能涉及危 险电解质。
该技术的核心在于沉积形貌控制。研究表明，通过精准调控电解质成分（如采用醚 类溶剂、高浓度电解液、氟代添加剂等）和工艺参数（电流密度、电极间距等），可诱 导锂形成柱状生长或规则球形沉积。此外，痕量杂质（如 HF、H₂ O）能通过形成 LiF 界 面层显著改善沉积均匀性，但这种保护效应在长期循环中会逐渐失效。
3.5 制备工艺对比：轧制法较为成熟，熔融法潜力较大
技术成熟度：从生产工艺的技术成熟度来看，挤压、轧制法＞气相沉积＞熔融法＞ 电化学沉积，其中挤压、轧制法已经在多行业大规模应用，气相沉积法和熔融法处于规 模化生产开发阶段，而电化学沉积法仍然在实验室成功验证阶段。
工艺性能潜力：从工艺性能潜力来看，气相沉积法、熔融法＞挤压、轧制法＞电化 学沉积法。
经济效率：从经济效率来看，熔融法＞挤压轧制法、电化学沉积法＞气相沉积法。
生产质量潜力：从生产质量潜力来看，气相沉积法、电化学沉积法＞挤压轧制法、 熔融法。
熔融法具备较大潜力：挤压、轧制法是已经工业化应用的金属锂负极制备方法，而 熔融法的应用在锂金属阳极生产领域具有潜力。通过综合考量工艺性能、经济性和质量 潜力，熔融法加工工艺获得最高综合评分，但其技术成熟度水平相对较低，需要进一步 提升技术成熟度水平。
4.1 宁德时代：电池龙头公司，已发布自生成负极技术
全球电池龙头企业：公司是全球领先的新能源创新科技公司，主要从事动力电池、 储能电池的研发、生产、销售，以推动移动式化石能源替代、固定式化石能源替代，并 通过电动化和智能化实现市场应用的集成创新。截至 2025 年 6 月 30 日，公司已在全球 设立六大研发中心、十三大电池生产制造基地，并覆盖全球最广泛的动力与储能客户群 体。公司在锂电池领域深耕多年，具备了全链条自主、高效的研发能力，在电池材料、 电池系统、电池回收等产业链领域拥有核心技术优势及前瞻性研发布局，通过材料及材 料体系创新、系统结构创新、绿色极限制造创新及商业模式创新为全球新能源应用提供 一流的解决方案和服务，已形成全面、先进的产品矩阵，可应用于乘用车、商用车、表 前储能、表后储能等领域，以及工程机械、船舶、航空器等新兴应用场景，能够全方位 满足不同客户的多元化需求，开拓全球零碳新经济。
公司已发布自生成负极技术：公司发布了自生成负极技术，该技术不再使用传统石 墨负极材料，元素以金属形式沉积于集流体，体积能量密度提升 60%，重量能量密度提 升 50%。采用自生成负极的钠离子体系电池体积能量密度能够达到 350Wh/L，采用自生 成负极的磷酸盐体系电池体积能量密度能够达到 680~780Wh/L，采用自生成负极的三元 体系电池体积能量密度能够超过 1000Wh/L。
4.2 赣锋锂业：金属锂产能全球第一，已实现 300mm 宽幅超薄锂带量产
世界领先的锂生态企业：公司是世界领先的锂生态企业，拥有五大类逾 40 种锂化合 物及金属锂产品的生产能力，是锂系列产品供应最齐全的制造商之一，完善的产品供应 组合能够满足客户独特且多元化的需求。公司从中游锂化合物及金属锂制造起步，成功 扩大到产业价值链的上下游。公司已经形成垂直整合的业务模式，业务贯穿上游锂资源 开发、中游锂盐深加工及金属锂冶炼、下游锂电池制造及退役锂电池综合回收利用。
金属锂产能全球第一：公司的金属锂产品产能排名全球第一。公司能够根据客户需 要生产不同规格型号及厚度的金属锂锭、锂箔、锂棒、锂粒子、锂合金粉及铜锂或锂铝 合金箔，主要用于(1)锂电池负极材料；(2)医药反应催化剂；(3)合金及其他工业品材料， 客户包括电池制造商及医药企业。金属锂原料主要是氯化锂，来自公司锂化合物业务板 块及锂电池回收业务板块的内部供应，以及从医药企业含锂催化剂溶液中回收的氯化锂。 已实现 300mm 宽幅超薄锂带量产：在负极层面，赣锋超薄锂带具备量产能力，可针 对循环性能、加工性能、电化学稳定性等各类需求提供定制化解决方案。赣锋已实现 300mm 宽度的超宽幅超薄锂带量产，铜锂复合带中锂箔厚度可达到 3 微米。以超薄锂带 或铜锂复合带作为负极的金属锂电池被认为是最具发展潜力的电池，搭载锂金属负极的 赣锋固态电池能量密度可超过 500Wh/kg。
4.3 英联股份：跨界布局复合集流体，锂金属负极材料已送样头部企业
消费品金属包装产品提供商：公司是一家以快速消费品为核心领域，专业从事“安 全、环保、易开启”金属包装产品研发、生产和销售的国家高新技术企业，是中国易开 盖国家标准制定单位之一，中国包装联合会金属容器委员会副主任单位。公司一直致力 于为客户提供产品设计、功能研究、模具开发、涂布印刷、生产制造及物流配送等全方 位综合服务。经过多年发展，公司现已形成覆盖食品（含干粉）、饮料、日化用品等多 应用领域，拥有全品类的产品线、能够满足客户多样化需求及一站式采购的快速消费品 金属包装产品提供商。 跨界布局复合集流体，蒸镀锂金属负极材料已送样头部汽车公司和头部电池企业： 公司于 2023 年 2 月 1 日注册成立控股子公司江苏英联复合集流体有限公司，其主要业务 为新能源汽车动力锂电池复合铝箔、复合铜箔的研发、生产和销售。江苏英联在江苏省 高邮市投资建设新能源汽车动力锂电池复合铝箔、复合铜箔项目，规划总投资 30.89 亿元人民币，达产后年产能预计达到 1 亿㎡复合铝箔、5 亿㎡复合铜箔。产品方面，公司复合 铝箔采用一步蒸镀工艺，合作的设备商是日本爱发科企业；公司复合铜箔采用的是“两 步法”，即磁控溅射和水电镀工艺。江苏英联已研制出复合铝箔和复合铜箔，产品已深 入下游的动力电池、消费电池、储能电池客户进行测试反馈，并在部分头部客户取得了 进一步的深度合作。在蒸镀锂金属负极材料方面，公司的锂金属负极材料目前已送样下 游的头部汽车公司、头部电池公司进行测试，相关材料和应用测试在持续进行中。
4.4 天铁科技：铜锂复合带已获得 4 亿元采购订单
减震和锂化物新能源为公司主要业务：公司以“减振（震）业务”和“锂化物新能 源业务”两大业务作为主要发展方向。减振（震）业务分为轨道结构减振产品和建筑减 隔震产品。其中轨道结构减振产品主要包括隔离式橡胶减振垫、橡胶弹簧隔振器、钢弹 簧隔振器、钢轨吸振器、弹性支承式无砟轨道用橡胶套靴等，应用于轨道交通领域，涵 盖城市轨道交通、高速铁路、重载铁路和普通铁路。建筑减隔震产品主要包括天然橡胶 支座（LNR）、铅芯橡胶支座（LRB）、建筑摩擦板支座、粘滞阻尼器等，用于各类建 筑设施的减震防灾，广泛应用在桥梁、建筑（如医院、学校、大型公共建筑等）、水电 工程及其他工程结构隔震设计及抗震加固改造中。同时，公司通过全资子公司江苏昌吉 利以及安徽天铁锂电新能源有限公司，专业从事金属锂、丁基锂和氯化锂等锂化物及氯 代烃等化工产品的研发、生产与销售。
铜锂复合带已获得 4 亿元采购订单：公司在安徽合肥庐江高新区设立安徽天铁锂电 新能源有限公司，投资建设年产 5.3 万吨锂电池用化学品及配套产品项目和年产 2600 吨 锂材系列产品项目，项目于 2022 年上半年正式开工并于 2024 年 10 月开始试生产。安徽 天铁已配备高效电解、除杂与净化、低温蒸馏等先进技术与装备集成，可安全生产高纯 度的金属锂产品，在固态电池负极材料等领域可得到较好的应用。公司已于 2025 年 5 月 与国内固态电池厂商欣界能源签署《战略合作框架协议》，约定公司后续向其提供锂金 属负极材料产品以及双方在固态电池领域的其他合作，同时，安徽天铁于 2025 年 7 月与约定其向安徽天铁采购 100 吨铜锂复合带，合同金额为 4 亿元。
（本文仅供参考，不代表我们的任何投资建议。如需使用相关信息，请参阅报告原文。）
