鋰硫電池具備更高能量密度、更長效動力、更低成本且環(huán)保優(yōu)勢明顯，目前國內(nèi)外相關(guān)機構(gòu)都有研究，其商業(yè)化應(yīng)用前景可期。但目前還面對“穿梭效應(yīng)”等技術(shù)障礙，未來能否在眾多電池技術(shù)中脫穎而出仍待觀察。

近日，鋰硫電池技術(shù)研發(fā)接連取得突破：澳大利亞莫納什大學(xué)開發(fā)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(xué)研究團隊研發(fā)出一種新型材料，可使鋰硫電池蓄電量大幅提升；廣東工業(yè)大學(xué)林展教授團隊在改善鋰硫電池循環(huán)穩(wěn)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(nèi)外公司不約而同地加大對鋰硫電池的研發(fā)力度，原因何在？

鋰硫電池優(yōu)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(fù)極的一種鋰離子電池。

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(guān)鍵。鋰硫電池利用硫作為正極材料，其理論比能量高達(dá)2600Wh/kg，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于目前市場上廣泛應(yīng)用的鋰離子電池。

從經(jīng)濟性角度來看，單質(zhì)硫儲量豐富，價格低廉，環(huán)境友好。同時，由于硫的易升華及反應(yīng)產(chǎn)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(xiàn)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(yè)化的鋰離子電池新材料，成為動力鋰電池產(chǎn)業(yè)鏈上相關(guān)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(huán)保優(yōu)勢明顯的鋰硫電池成為研究方向之一。

國內(nèi)外研究正酣

在國外，鋰硫電池研發(fā)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(fā)的技術(shù)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(nèi)再提升至500Wh/kg。據(jù)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(fā)的鋰硫電池則重要涉及無人機和地面車輛、特種便攜式電源、電動汽車等領(lǐng)域。2010年，該公司將鋰硫電池應(yīng)用于大型無人機，打破了飛行高度2萬米以上、持續(xù)飛行時間14天、工作溫度最低-75℃三項無人機飛行世界紀(jì)錄。

與一般科學(xué)成果僅停留在實驗室不同的是，澳大利亞莫納什大學(xué)已經(jīng)開始著手推進鋰硫電池商業(yè)化進程，今年將在汽車和電網(wǎng)中試用這種電池技術(shù)。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(shè)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(xiàn)。

與英、美、澳產(chǎn)業(yè)主導(dǎo)不同，我國鋰硫電池技術(shù)的發(fā)展目前仍以科研機構(gòu)和高校為主導(dǎo)：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(lǐng)域的領(lǐng)先位置，且展示出優(yōu)異的環(huán)境適應(yīng)性，在-60℃的極寒環(huán)境中仍可工作；北京理工大學(xué)教授吳鋒帶領(lǐng)的研究團隊創(chuàng)新鋰硫電池正極材料組裝方法，將分散的導(dǎo)電碳組裝為橢球型結(jié)構(gòu)，顯著提高了正極單位面積的硫載量，電池能量密度達(dá)到545Wh/kg；南京大學(xué)周豪慎教授課題組開發(fā)出的鋰硫電池，在進行1500次循環(huán)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電池公司也在鋰硫電池技術(shù)研發(fā)上形成了一定的技術(shù)儲備。

商業(yè)化應(yīng)用前景可期

雖然鋰硫電池優(yōu)勢顯著，但其商業(yè)化應(yīng)用還面對一些技術(shù)障礙，重要表現(xiàn)在“穿梭效應(yīng)”上。趙兵解釋，“穿梭效應(yīng)”就是指在鋰硫電池充放電過程中，由于正極出現(xiàn)的中間產(chǎn)物多硫化鋰易溶解于電解液，這一物質(zhì)會穿過隔膜向負(fù)極擴散，與負(fù)極的金屬鋰發(fā)生氧化還原反應(yīng)，最終造成電池中有效物質(zhì)的不可逆損失，進而導(dǎo)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(fā)的關(guān)鍵。同時，硫本身不導(dǎo)電，在充放電過程中會明顯膨脹和收縮，有可能導(dǎo)致材料出現(xiàn)細(xì)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(fā)展始終圍繞著動力鋰電池技術(shù)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(tài)電池受到熱捧、氫燃料動力電池嶄露頭角，抑或是當(dāng)下鋰硫電池的研發(fā)突破，動力鋰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(wěn)腳跟、贏得市場。

另有業(yè)內(nèi)人士表示，相比之下，三元鋰離子電池能量密度大，但安全穩(wěn)定性仍存短板；磷酸鐵鋰離子電池安全穩(wěn)定、壽命長，但能量密度稍顯遜色、產(chǎn)品一致性較差；氫燃料動力電池環(huán)保、續(xù)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。

原標(biāo)題:鋰硫電池商業(yè)化進程提速（前沿）