鉅大LARGE | 點擊量：874次 | 2021年10月18日
鋰硫電池商業化進程提速
鋰硫電池具備更高能量密度、更長效動力、更低成本且環保優勢明顯，目前國內外相關機構都有研究，其商業化應用前景可期。但目前還面對“穿梭效應”等技術障礙，未來能否在眾多電池技術中脫穎而出仍待觀察。
近日，鋰硫電池技術研發接連取得突破：澳大利亞莫納什大學開發出超高容量的鋰硫電池，其性能是鋰離子電池的四倍以上，一次充電可支撐電動汽車行駛超過1000公里；英國曼徹斯特大學研究團隊研發出一種新型材料，可使鋰硫電池蓄電量大幅提升；廣東工業大學林展教授團隊在改善鋰硫電池循環穩定性方面取得重要進展……
什么是鋰硫電池？在三元鋰離子電池大行其道的今天，國內外公司不約而同地加大對鋰硫電池的研發力度，原因何在？
鋰硫電池優勢明顯
資料顯示，鋰硫電池是以硫元素作為電池正極，金屬鋰作為負極的一種鋰離子電池。
符合Exic IIB T4 Gc防爆標準
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
正極材料是決定鋰離子電池性能和成本的重要因素，也是提高電池容量的關鍵。鋰硫電池利用硫作為正極材料，其理論比能量高達2600Wh/kg，遠遠高于目前市場上廣泛應用的鋰離子電池。
從經濟性角度來看，單質硫儲量豐富，價格低廉，環境友好。同時，由于硫的易升華及反應產物易溶解特性，在電池回收過程中，回收硫比回收金屬更容易，效益更高。
平安證券分析師趙兵表示，“里程焦慮”是新能源汽車推廣的一大制約因素，現有的鋰離子電池材料體系即將觸碰到能量密度的“天花板”，尋找其他能較快商業化的鋰離子電池新材料，成為動力鋰離子電池產業鏈上相關公司的著力點。因此，具備更高能量密度、更長效動力、更低成本、環保優勢明顯的鋰硫電池成為研究方向之一。
國內外研究正酣
在國外，鋰硫電池研發以英國Oxis能源公司和美國SionPower公司最為著名。英國Oxis能源公司是一家專門從事鋰硫電池研發的技術公司。日前，Oxis能源公司成功測試了一款能量密度為471Wh/kg的電池電芯樣品，并將在未來一年內再提升至500Wh/kg。據了解，Oxis能源公司已與部分歐洲合作商簽訂電動汽車用鋰硫電池采購合同。美國SionPower公司研發的鋰硫電池則重要涉及無人機和地面車輛、便攜式電源、電動汽車等領域。2010年，該公司將鋰硫電池應用于大型無人機，打破了飛行高度2萬米以上、持續飛行時間14天、工作溫度最低-75℃三項無人機飛行世界紀錄。
與一般科學成果僅停留在實驗室不同的是，澳大利亞莫納什大學已經開始著手推進鋰硫電池商業化進程，今年將在汽車和電網中試用這種電池技術。參與這項研究的副教授馬修希爾表示，研究團隊采用了全新設計，不僅提高了電池性能，延長了電池使用壽命，而且制造過程簡單、成本很低，使用的是水基工藝，可以顯著減少有毒廢物的出現。
與英、美、澳產業主導不同，我國鋰硫電池技術的發展目前仍以科研機構和高校為主導：中科院大連化物所研制的能量型鋰硫電池比能量從520Wh/kg、570Wh/kg逐步提升到609Wh/kg，刷新了二次電池比能量在同領域的領先位置，且展示出優異的環境適應性，在-60℃的極寒環境中仍可工作；北京理工大學教授吳鋒帶領的研究團隊創新鋰硫電池正極材料組裝方法，將分散的導電碳組裝為橢球型結構，顯著提高了正極單位面積的硫載量，電池能量密度達到545Wh/kg；南京大學周豪慎教授課題組開發出的鋰硫電池，在進行1500次循環試驗后，仍然維持了900mAh/g的較高充電容量……此外，國軒高科、猛獅科技、桑頓新能源等部分動力鋰離子電池公司也在鋰硫電池技術研發上形成了一定的技術儲備。
商業化應用前景可期
雖然鋰硫電池優勢顯著，但其商業化應用還面對一些技術障礙，重要表現在“穿梭效應”上。趙兵解釋，“穿梭效應”就是指在鋰硫電池充放電過程中，由于正極出現的中間產物多硫化鋰易溶解于電解液，這一物質會穿過隔膜向負極擴散，與負極的金屬鋰發生氧化還原反應，最終造成電池中有效物質的不可逆損失，進而導致電池壽命衰減、容量降低。因此，如何抑制多硫化物的穿梭，成為鋰硫電池研發的關鍵。同時，硫本身不導電，在充放電過程中會明顯膨脹和收縮，有可能導致材料出現細小裂縫，從而使電池很快磨損。
從鉛酸電池到鎳氫電池，再到今天的鋰離子電池，新能源汽車發展始終圍繞著動力鋰離子電池技術的迭代升級。趙兵表示，不論是三元鋰離子電池、磷酸鐵鋰離子電池的大行其道，還是固態電池受到熱捧、氫燃料動力鋰電池嶄露頭角，抑或是當下鋰硫電池的研發突破，動力鋰離子電池市場的競爭此起彼伏，只有充分滿足新能源汽車的需求，才能站穩腳跟、贏得市場。
另有業內人士表示，相比之下，三元鋰離子電池能量密度大，但安全穩定性仍存短板；磷酸鐵鋰離子電池安全穩定、壽命長，但能量密度稍顯遜色、產品一致性較差；氫燃料動力鋰電池環保、續航里程長，但成本偏高；鋰硫電池性價比較高，能否在眾多電池中脫穎而出，令人期待。
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