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為什么說鋰硫電池才是鋰電池的未來

鉅大LARGE  |  點擊量:9238次  |  2018年08月09日  

摘要
動力電池就是電動汽車的心臟,是新能源汽車產業發展的關鍵。雖然我國動力電池產業在經過多年發展取得很大進步,但是目前動力電池產品能量密度和成本仍然難以滿足新能源汽車推廣普及需求。

動力電池就是電動汽車的心臟,是新能源汽車產業發展的關鍵。雖然我國動力電池產業在經過多年發展取得很大進步,但是目前動力電池產品能量密度和成本仍然難以滿足新能源汽車推廣普及需求。


面對愈演愈烈的動力電池發展大趨勢,我國通過政策的引導和扶持已經成為全球最大的新能源汽車市場。而根據國家四部委聯合頒布的方案指出:動力電池就是電動汽車的心臟,是新能源汽車產業發展的關鍵。雖然我國動力電池產業在經過多年發展取得很大進步,但是目前動力電池產品能量密度和成本仍然難以滿足新能源汽車推廣普及需求?;谡叩耐苿雍蛣恿﹄姵丶夹g發展,在苗力孝看來,鋰電公司需要突破鋰離子電池的限制,及時布局探索鋰硫電池的研發已刻不容緩,鋰硫電池前景可期。


他表示,目前備受熱捧的以三元材料為正極的鋰離子電池,其能量密度在未來一到兩年將接近理論值,難以超過350Wh/kg,而要制造400Wh/kg以上的二次電池,則需要開發新的鋰電池體系,也被稱為后鋰電池時代;其中鋰硫電池體系或將崛起,為鋰電領域的發展和探索提供更多思路和可能。


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電池。利用硫作為正極材料的鋰硫電池,硫的理論比容量和電池理論比能量分別達到了1675mAh/g和2600Wh/kg,遠高于目前商業化的鋰離子電池。單質硫在地球中儲量豐富,并且石油冶煉的副產物就能提供豐富的硫磺,因此硫磺的價格非常低,僅1000元/噸,相比鋰離子正極原料碳酸鋰每噸高達16萬元以上,其原料價格相差160倍以上。


因此苗力孝博士認為,以硫磺做正極的鋰硫電池是一種非常有前景的鋰電池。另外,因為鋰硫電池正極為單質硫和碳,負極為金屬鋰組成單一,硫極易升華,簡單的加熱就可以將正極中硫進行回收,未來廢舊鋰硫電池的回收再利用相對簡單,成本低;而以過渡金屬氧化物為正極的鋰離子電池回收則工藝復雜,要回收正極材料中貴重金屬,目前無論是高溫煅燒法還是濕法的酸洗,不但能耗高、難度大、還容易造成更嚴重的二次污染。


近年來,國內外各大高校研究所與材料和電化學相關的實驗室基本都開展了鋰硫電池的研發。其中國外的鋰硫電池研發公司:OXIS和SIONPOWER一直在開展鋰硫電池的研發。其中SIONPOWER公司在2010年將鋰硫電池應用于大型無人機,打破了三項無人機飛行世界記錄:飛行最高2萬米以上、滯空時間最長(14天)、工作溫度最低(-75℃)。而目前鋰離子電池是無法實現讓無人機在高空低溫環境下長時間滯空??紤]到鋰硫電池的安全性目前還無法完全徹底解決,因此,鋰硫電池未來將首先應用與無人機領域,而未來無人機的應用領域也非常廣泛。


盡管鋰硫電池的研發目前受到了諸多企業的關注,但國內研發團隊大多起步在2011年以后,進入鋰硫電池產業化研發的僅防化研究院、中科院、國防科大等極少數幾家,另外推廣研發鋰硫電池產業化也面臨著一些亟待解決的問題。苗力孝直言,制約鋰硫電池產業化的四個主要瓶頸問題:目前正極單質硫不導電的問題已經基本解決;放電中間產物多璃子溶解擴散也得到了緩解;硫放電后體積膨脹導致正極結構破壞也得到了抑制;而以金屬鋰做負極,導致的多次充放電循環后鋰的粉化,使得電池壽命縮短和存在的安全隱患問題成了鋰硫電池產業化道路最后要沖破的堡壘。


目前,國內鋰硫電池的發展也已經取得了很大的進步,根據數據顯示,盡管目前高能量密度鋰硫電池的循環壽命還很難超過300次,但低能量密度(220Wh/kg)的鋰硫電池循環壽命可達1000次以上,高能量密度的鋰硫電池可以達到500Wh/kg以上(目前國內報道過最高的可達900Wh/kg),幾乎是鋰離子的3~5倍?!氨M管鋰硫電池在真正的實用化過程中還存在諸多問題,但我相信它依然是最有可能的下一代高能量密度二次電池,未來,鋰硫電池將對以三元為代表的動力鋰電池市場造成很大沖擊?!泵缌π酚^地說。


《中國制造2025》提出:“繼續支持電動汽車、燃料電池汽車發展,掌握汽車低碳化、信息化、智能化核心技術,提升動力電池、驅動電機、高效內燃機、先進變速器、輕量化材料、智能控制等核心技術的工程化和產業化能力?!泵缌π⒅毖?,當前在國家政策利好以及技術發展的驅動下,新能源企業當務之急是需要加大研發投入力度,加速攻克和突破鋰負極的技術難關,以避免現在鋰離子電池正極材料面臨的核心技術被國外占領的尷尬;此外也正因為鋰硫電池的產業化研發尚處于起步階段,才是我國新能源企業搶占先機獲取未來鋰硫電池話語權的最佳時期。

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