固态电池已落后？这一技术可将能量密度提升10倍

　　环球零碳

　　碳中和领域的《新青年》

　　来源：AI生成

　　撰文| Penn

　　编辑 | 小澜

　　→这是《环球零碳》的2008篇原创

　　当前商业化的锂离子电池能量密度已接近理论极限，且安全性问题时有发生，开发下一代高性能电池成为全球科研界与产业界的共同目标。在这一背景下，固态电池因其高能量密度和本征安全性被广泛寄予厚望。

　　2026年以来，全固态电池的舆论热度持续升温，国内外锂电巨头积极布局，各大汽车厂商纷纷加大研发投入、加速实现装车验证，竞赛已经日趋白热化。

　　正当人们认为全固态电池将成为未来电动化出行的终极答案之时，宁德时代却带来了关于下一代电池技术的大消息。

　　近日，在2026装备强国论坛上，中国工程院院士、宁德时代首席科学家吴凯表示，锂空气电池将成为宁德时代未来布局方向。他指出，锂空气电池是一种以锂为负极、以空气中的氧气作为正极反应物的电池，理论能量密度将达到现有电池的10倍，将是全球下一代电池竞争的焦点。

　　这并不是宁德时代第一次系统表达“多技术路线并行”的思路。当下，凝聚态、三元、铁锂等路线继续服务当前车用和储能市场，而锂空气电池则代表着更高能量密度上限的远期探索。

　　电池技术已经发展了超百年，最早的铅酸电池到现在已经发展了超过一百年。目前液态锂电池能量密度天花板也就350Wh/kg左右，而锂空气电池能量密度几乎是当前液态锂电池的5–10倍，理论能量密度高达3500Wh/kg，已经接近燃油的能量密度。

　　基于此，有网友惊呼：“固态电池还未量产就已经落后了？原来锂空气电池才是下一代电池技术的终极方向。”

　　事实上，锂空气电池这一技术路线并非全新技术，早在上个世纪70年代，就有了锂空气电池的概念。1996年，就有团队利用空气中的氧气作为活性物质，研发了第一个可充电的锂-氧（Li-O2)电池。

　　美国IBM公司在2010年前后也曾做过相关的研究，希望能开发出一套让电动车行驶500公里的锂空气电池，不过这个名为“Battery 500”的计划最后无疾而终。

　　图说：锂离子电池与锂空气电池的区别

　　来源：ufinebattery

　　锂空气电池，又称锂氧电池，属于金属空气电池的一种。其核心是用金属锂做负极、空气中的氧气做正极，因此它也被称为“可呼吸电池”。它不需要靠镍、钴、锰等比较稀缺的金属来做正极材料，而是直接“取用”空气里的氧气。结构更轻、原理更直接。

　　它与现在的锂电池最大的区别是电池正极，锂离子电池的正极是一整块实心的NCM或LFP颗粒涂层，而锂空气电池的正极是一块多孔海绵状的碳材料，主要作用就是让空气进去，“借用”外部氧气参与反应，从而大幅降低电池本体重量，提高单位质量储能能力。

　　值得注意的是，锂空气电池与固态电池也不是一回事。固态电池主要改变的是“电解质形态”：把传统液态或凝胶电解质替换为固态电解质，以提升安全性、能量密度和温度适应性。而锂空气电池改变的是“正极反应体系”，它的关键在于获取空气中的氧气参与反应。

　　就电解液而言，目前已提出并开发了四种类型的锂空气电池：非水系、水系、混合型（非水/水）和固态锂空气电池。固态锂空气电池则是将固态电解质与锂空气技术路线结合而成。

　　图说：锂空气电池示意图

　　来源：DGIST

　　具体来看，锂空气电池的基本化学原理包括锂在锂电极（负极）上的溶解和沉积，以及在空气电极（正极）上的氧还原反应（ORR）和析氧反应（OER）。

　　理想情况下，放电过程中主要产物为过氧化锂（Li2O2），同时在外电路中产生电流；充电时再由过固态的氧化锂分解成锂和氧气。可以将其理解为像在“呼吸”一样：放电时吸收氧气，充电时再把氧气释放出来，所以也被人叫作“可呼吸电池”。

　　由于锂是元素周期表中相对原子质量最轻的金属元素，而氧气则来自空气中，全过程无需其它质量较大的元素参与，也因此带来了一个非常亮眼的优势：理论能量密度极高。此外，它不需要靠镍、钴、锰等比较稀缺的金属来做正极材料，负极以锂为主，整体供应链更安全，长期来看也具备成本下降空间。

　　不过，锂空气电池上线虽高，但是目前也还有不少问题需要解决。比如空气中水分和二氧化碳易干扰电化学反应，影响循环寿命；放电产物难以高效可逆分解，导致充电效率受限；电解液稳定性、电极界面控制及封装工艺等工程难题仍待突破。

　　图说：锂空气电池示意图

　　来源：阿贡国家实验室

　　针对这些问题，科学家近年来一直在进行积极探索并取得了一定成果。2025年美国的研究人员创造了一种锂空气电池，其能量密度达到了1200Wh/kg，是当今锂离子电池的四倍，室温下循环次数也达到了1000次，这是实现实际应用的重要里程碑。

　　这项由伊利诺伊理工学院和阿贡国家实验室的科学家领导的重要进步，关键在于实现四电子化学反应——这是在室温下运行的锂空气电池从未实现过的壮举。

　　传统上，锂空气电池会产生超氧化锂（LiO₂）或过氧化锂（Li₂O₂），但这两种物质都会限制能量输出。然而，新的电池设计突破了这一限制，实现了氧化锂（Li₂O）的形成和分解——这种反应途径可以储存更多的能量。

　　此外，由于充放电过程中氧反应所需的活性催化位点不足，导致反应速率缓慢、寿命短，阻碍了锂空气电池的商业化进程。

　　为了解决这个问题，近期由韩国科学技术研究院和先进工程研究院 (IAE) 的研究人员领导的团队开发了一种基于二维材料二硒化钨 (WSe₂) 的新型催化剂技术。

　　这项创新将材料通常不活跃的表面转化为完全活跃的催化层，显著提高氧还原反应（ORR）和析氧反应（OER）的反应速率，进而提升了锂空气电池的性能和耐久性。

　　从产业节奏来看，行业已经形成清晰的迭代时序：钠离子电池实现当下规模化落地，固态电池承接中期迭代需求，而锂空气电池将作为未来10年维度的终极技术，重塑新能源产业规则。

　　宁德时代此刻明确押注锂空气赛道，目的就是锁定下一代全球电池技术话语权，待到技术瓶颈突破，或将彻底改写燃油与新能源的能源格局。

　　参考材料：

　　[1]https://interestingengineering.com/energy/breakthrough-lithium-air-battery-catalyst-for-evs

　　[2]https://interestingengineering.com/energy/catl-12000-wh-kg-lithium-air-ev-battery

　　[3]https://eu.36kr.com/en/p/3835882467865731

　　[4]https://autonews.gasgoo.com/articles/ev/can-batteries-breathe-understanding-lithium-air-batteries-2061435799021887489

　　[5]https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0306261917309091