鉅大LARGE | 點擊量:13781次 | 2018年08月09日
為什么說鋰硫電池才是鋰電池的未來
動力電池就是電動汽車的心臟,是新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵。雖然我國動力電池產(chǎn)業(yè)在經(jīng)過多年發(fā)展取得很大進步,但是目前動力電池產(chǎn)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(fā)展大趨勢,我國通過政策的引導(dǎo)和扶持已經(jīng)成為全球最大的新能源汽車市場。而根據(jù)國家四部委聯(lián)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(chǎn)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵。雖然我國動力電池產(chǎn)業(yè)在經(jīng)過多年發(fā)展取得很大進步,但是目前動力電池產(chǎn)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(shù)發(fā)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(fā)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(fā)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?qū)⑨绕?,為鋰電領(lǐng)域的發(fā)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(yè)化的鋰離子電池。單質(zhì)硫在地球中儲量豐富,并且石油冶煉的副產(chǎn)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(zhì)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(fù)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(yán)重的二次污染。
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%
近年來,國內(nèi)外各大高校研究所與材料和電化學(xué)相關(guān)的實驗室基本都開展了鋰硫電池的研發(fā)。其中國外的鋰硫電池研發(fā)公司:OXIS和SIONPOWER一直在開展鋰硫電池的研發(fā)。其中SIONPOWER公司在2010年將鋰硫電池應(yīng)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(xiàn)讓無人機在高空低溫環(huán)境下長時間滯空。考慮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(yīng)用與無人機領(lǐng)域,而未來無人機的應(yīng)用領(lǐng)域也非常廣泛。
盡管鋰硫電池的研發(fā)目前受到了諸多企業(yè)的關(guān)注,但國內(nèi)研發(fā)團隊大多起步在2011年以后,進入鋰硫電池產(chǎn)業(yè)化研發(fā)的僅防化研究院、中科院、特種科大等極少數(shù)幾家,另外推廣研發(fā)鋰硫電池產(chǎn)業(yè)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(chǎn)業(yè)化的四個主要瓶頸問題:目前正極單質(zhì)硫不導(dǎo)電的問題已經(jīng)基本解決;放電中間產(chǎn)物多璃子溶解擴散也得到了緩解;硫放電后體積膨脹導(dǎo)致正極結(jié)構(gòu)破壞也得到了抑制;而以金屬鋰做負極,導(dǎo)致的多次充放電循環(huán)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(chǎn)業(yè)化道路最后要沖破的堡壘。
目前,國內(nèi)鋰硫電池的發(fā)展也已經(jīng)取得了很大的進步,根據(jù)數(shù)據(jù)顯示,盡管目前高能量密度鋰硫電池的循環(huán)壽命還很難超過300次,但低能量密度(220Wh/kg)的鋰硫電池循環(huán)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(nèi)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(xù)支持電動汽車、燃料電池汽車發(fā)展,掌握汽車低碳化、信息化、智能化核心技術(shù),提升動力電池、驅(qū)動電機、高效內(nèi)燃機、先進變速器、輕量化材料、智能控制等核心技術(shù)的工程化和產(chǎn)業(yè)化能力?!泵缌π⒅毖裕?dāng)前在國家政策利好以及技術(shù)發(fā)展的驅(qū)動下,新能源企業(yè)當(dāng)務(wù)之急是需要加大研發(fā)投入力度,加速攻克和突破鋰負極的技術(shù)難關(guān),以避免現(xiàn)在鋰離子電池正極材料面臨的核心技術(shù)被國外占領(lǐng)的尷尬;此外也正因為鋰硫電池的產(chǎn)業(yè)化研發(fā)尚處于起步階段,才是我國新能源企業(yè)搶占先機獲取未來鋰硫電池話語權(quán)的最佳時期。
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