锂硫电池商业化进程提速

锂硫电池商业化进程提速

锂硫电池具备更高能量密度、更长效动力、更低成本且环保优势明显,目前国内外相关机构都有研究,其商业化应用前景可期(www.91bu.cn)。但目前还面临“穿梭效应”等技术障碍,未来能否在众多电池技术中脱颖而出仍待观察。

近日,锂硫电池技术研发接连取得突破:澳大利亚莫纳什大学开发出超高容量的锂硫电池,其性能是锂离子电池的四倍以上,一次充电可支撑电动汽车行驶超过1000公里;英国曼彻斯特大学研究团队研发出一种新型材料,可使锂硫电池蓄电量大幅提升;广东工业大学林展教授团队在改善锂硫电池循环稳定性方面取得重要进展……

什么是锂硫电池?在三元锂电池大行其道的今天,国内外企业不约而同地加大对锂硫电池的研发力度,原因何在?

锂硫电池优势明显

资料显示,锂硫电池是以硫元素作为电池正极,金属锂作为负极的一种锂电池。

正极材料是决定锂电池性能和成本的重要因素,也是提高电池容量的关键。锂硫电池利用硫作为正极材料,其理论比能量高达 2600Wh/kg,远远高于目前市场上广泛应用的锂离子电池。

从经济性角度来看,单质硫储量丰富,价格低廉,环境友好。同时,由于硫的易升华及反应产物易溶解特性,在电池回收过程中,回收硫比回收金属更容易,效益更高。

平安证券分析师赵兵表示,“里程焦虑”是新能源汽车推广的一大制约因素,现有的锂电池材料体系即将触碰到能量密度的“天花板”,寻找其他能较快商业化的锂电池新材料,成为动力电池产业链上相关企业的着力点。因此,具备更高能量密度、更长效动力、更低成本、环保优势明显的锂硫电池成为研究方向之一。

国内外研究正酣

在国外,锂硫电池研发以英国Oxis能源公司和美国Sion Power公司最为著名。英国Oxis能源公司是一家专门从事锂硫电池研发的技术企业。日前,Oxis能源公司成功测试了一款能量密度为471Wh/kg的电池电芯样品,并将在未来一年内再提升至500Wh/kg。据了解,Oxis能源公司已与部分欧洲合作商签订电动车用锂硫电池采购合同。美国Sion Power公司研发的锂硫电池则主要涉及和地面车辆、军用便携式电源、电动车等领域。2010年,该公司将锂硫电池应用于大型,打破了飞行高度2万米以上、连续飞行时间14天、工作温度-75℃三项飞行世界纪录。

与一般科学成果仅停留在实验室不同的是,澳大利亚莫纳什大学已经开始着手推进锂硫电池商业化进程,今年将在汽车和电网中试用这种电池技术。参与这项研究的副教授马修希尔表示,研究团队采用了全新设计,不仅提高了电池性能,延长了电池使用寿命,而且制造过程简单、成本很低,使用的是水基工艺,可以显著减少有毒废物的产生。

与英、美、澳产业主导不同,我国锂硫电池技术的发展目前仍以科研机构和高校为主导:中科院大连化物所研制的能量型锂硫电池比能量从520Wh/kg、570Wh/kg逐步提升到609Wh/kg,刷新了二次电池比能量在同领域的领先位置,且展示出优异的环境适应性,在-60℃的极寒环境中仍可工作;北京理工大学教授吴锋带领的研究团队创新锂硫电池正极材料组装方法,将分散的导电碳组装为椭球型结构,显著提高了正极单位面积的硫载量,电池能量密度达到545Wh/kg;南京大学周豪慎教授课题组开发出的锂硫电池,在进行1500次循环试验后,仍然维持了900mAh/g的较高充电容量……此外,国轩高科、猛狮科技、桑顿新能源等部分动力电池企业也在锂硫电池技术研发上形成了一定的技术储备。

商业化应用前景可期

虽然锂硫电池优势显著,但其商业化应用还面临一些技术障碍,主要表现在“穿梭效应”上。赵兵解释,“穿梭效应”就是指在锂硫电池充放电过程中,由于正极产生的中间产物多硫化锂易溶解于电解液,这一物质会穿过隔膜向负极扩散,与负极的金属锂发生氧化还原反应,最终造成电池中有效物质的不可逆损失,进而导致电池寿命衰减、容量降低。因此,如何抑制多硫化物的穿梭,成为锂硫电池研发的关键。同时,硫本身不导电,在充放电过程中会明显膨胀和收缩,有可能导致材料产生细小裂缝,从而使电池很快磨损。

从铅酸电池到镍氢电池,再到今天的锂电池,新能源汽车发展始终围绕着动力电池技术的迭代升级。赵兵表示,不论是三元锂电池、磷酸铁锂电池的大行其道,还是固态电池受到热捧、氢燃料电池崭露头角,抑或是当下锂硫电池的研发突破,动力电池市场的竞争此起彼伏,只有充分满足新能源汽车的需求,才能站稳脚跟、赢得市场。

另有业内人士表示,相比之下,三元锂电池能量密度大,但安全稳定性仍存短板;磷酸铁锂电池安全稳定、寿命长,但能量密度稍显逊色、产品一致性较差;氢燃料电池环保、续航里程长,但成本偏高;锂硫电池性价比较高,能否在众多电池中脱颖而出,令人期待。

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