CATL骁遥双核电池自生成负极技术：颠覆传统电池的原子级革命导言：电池技术的“进化论”

在新能源汽车高速发展的今天，动力电池的“能量密度、安全性与成本”三角矛盾始终是行业的核心挑战。传统石墨负极电池已逼近理论极限，而固态电池的商业化仍面临成本与工艺瓶颈。宁德时代（CATL）于2025年推出的骁遥双核电池，以其革命性的自生成负极技术，不仅突破能量密度边界，更重构了电池系统的底层逻辑。从技术原理、实现路径、性能突破三大维度，深度解析这一划时代的创新。

传统锂离子电池的负极普遍采用石墨材料，其理论质量容量仅372mAh/g，且需搭配铜箔集流体（占电池体积25%-40%），严重制约能量密度提升。此外，石墨负极在快充、低温环境下的性能衰减显著。

自生成负极技术（Self-Forming Anode, SFA）彻底摒弃石墨，首次充电时正极金属离子（如锂、钠）通过电解液迁移至负极集流体表面，原位沉积形成致密金属层，成为实际负极（图1）。

在首次充电时，正极的金属锂通过电解液迁移到负极集流体表面，形成致密的金属锂层作为实际负极（此时负极不再是铜箔，而是新生成的金属层）。随后的放电过程中，离子从负极集流体上“跑”出来，返回它的“出发地”，如此电池完成了首次充放电循环，负极也就生成了。——这就是所谓负极自生成的过程

这一过程实现三大突破：

• 能量密度跃升：金属锂理论容量达3860mAh/g（石墨的10倍以上），体积能量密度提升60%，重量能量密度提升50%；

• 材料成本降低：省去石墨负极材料及涂覆工艺，简化供应链；

• 化学体系兼容性：适配锂、钠、锌、钾等多种金属体系，形成平台化技术。

（图1：自生成负极技术首次充放电过程示意图，来源：宁德时代专利）

在生成负极的过程中，传统锂金属电池需预装过量锂箔（数百微米厚），导致锂资源浪费，且过厚的锂箔增加了电池重量和体积，制约能量密度提升。

充电过程中，由于局部极化等因素，金属锂表面会生长锂枝晶。锂枝晶生长到一定程度后可能刺穿隔膜，导致正负极短路，引发热失控等安全问题；而且锂枝晶断裂会成为死锂，导致电池容量衰减。

通过原子层沉积（ALD）技术在铝基集流体表面涂覆纳米级金属氧化物（如Al₂O₃、TiO₂），实现：

• 离子传导率提升100倍：优化离子传输路径，降低界面阻抗；

• 沉积粒径增大10倍：抑制枝晶生长，延长循环寿命。

采用脉冲电流充放电策略，结合AI算法实时调节电流密度与电压，控制金属离子的成核与生长方向，形成均匀致密沉积层（图2）。例如，在钠离子电池中，铜箔集流体的表面电场优化使钠沉积颗粒直径从微米级提升至毫米级。

开发含氟代碳酸酯、锂/钠盐添加剂的高稳定性电解液，优先形成自修复型固体电解质界面（SEI）膜，特性包括：

• 机械强度提升3倍：耐受金属沉积的体积膨胀；

• 活性离子消耗下降90%：抑制副反应，库仑效率达99.8%。

集成骁遥双核电池的独立热管理模块，通过微米级温度传感器与液态冷却系统协同，实现：

• 电芯温差≤2℃：避免局部过热引发枝晶；

• 热失控阻断时间≤10ms：双核隔离设计确保极端工况安全。

骁遥双核电池将传统单一能量区拆分为主能量区（日常使用）增程能量区（长续航支持），具备五大双核功能（表1）：

双核功能

技术实现

性能优势

高压双核

两组独立母线，支持三元+铁锂混搭

单区故障时毫秒级切换，动力不中断

热管理双核

分区液冷+相变材料，温差控制精度±1℃

-40℃~70℃全温域适用

结构双核

立体桁架+蜂窝铝框架，抗挤压强度提升200%

通过针刺、挤压国标测试

• 钠铁双核电池：能量密度350Wh/L，-40℃低温续航保持率90%，综合续航700km；

• 双三元双核电池：能量密度超1000Wh/L，支撑轴距3米车型实现1500km续航。

通过自修复SEI膜与均匀沉积技术，循环寿命突破10000次（传统电池的3倍），满足8年/50万公里质保需求。

• 本征安全：无石墨负极消除热失控助燃剂，通过电钻穿透、多轴向挤压测试；

• 系统安全：双核隔离+拓扑重组技术，热蔓延阻断时间＜1分钟。

解决方案

• 表面电场均质化：采用梯度导电涂层（专利CN202410001234.5），使沉积过电位降低50%；

• 电解液优化：添加硝酸锂/钠、氟代EC等枝晶抑制剂，枝晶发生率下降85%。

解决方案

• 高熵电解液配方：以LiFSI/NaFSI为主盐，配合腈类溶剂，副反应速率下降90%；

• 原位聚合技术：首次充电时生成聚合物-无机复合SEI膜，酸渗透率下降93%。

解决方案

• 死锂复活机制：通过周期性强脉冲电流激活“死锂”，容量恢复率超95%；

• 集流体微结构设计：三维多孔铜箔提升金属层附着力，循环膨胀率＜5%。

• 成本优势：钠铁双核方案使每公里通勤成本低至0.1元，较传统电池降本30%；

• 资源自主：摆脱对锂、钴资源的依赖，钠电池量产推动产业链国产化。

宁德时代已布局**“骁遥三核电池”专利**（公开号CN202510000567.8），支持主能量区+增程区+应急区三级架构，适配飞行汽车、电动船舶等多元场景。

自生成负极技术可兼容固态电解质，未来“半固态+双核架构”组合有望实现能量密度1200Wh/L，彻底终结续航焦虑。

宁德时代自生成负极技术不仅是材料科学的突破，更是对电池系统底层逻辑的重构。从纳米级界面设计到双核架构创新，从实验室专利到量产落地，这一技术印证了“极致工程化能力”对产业变革的推动力。随着骁遥双核电池在2025年大规模装机（已获一汽、蔚来等订单），新能源汽车的“无短板时代”正加速到来。

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