鉅大LARGE | 點(diǎn)擊量:1573次 | 2019年03月20日
鋰硫電池商業(yè)化進(jìn)程加速 技術(shù)公司搶占市場(chǎng)先機(jī)
具有能量密度高、容量大、環(huán)保、廉價(jià)等特點(diǎn)的鋰硫電池被稱(chēng)為是繼鋰離子電池之后下一代動(dòng)力電池體系的發(fā)展方向,然而其使用過(guò)程中產(chǎn)生的多硫化物導(dǎo)致電池性能衰退一直是影響鋰硫電池應(yīng)用的瓶頸問(wèn)題。近日,西安交大化工學(xué)院李明濤課題組設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了一種具有二維結(jié)構(gòu)的石墨烯保護(hù)層的正極材料,獲得了長(zhǎng)循環(huán)壽命的鋰硫電池。
鋰硫電池是以硫元素作為電池正極,金屬鋰作為負(fù)極的一種鋰電池,作為一種高比能電池,具有價(jià)格低廉、儲(chǔ)備豐富、綠色環(huán)保等特點(diǎn),被譽(yù)為鋰離子電池之后下一代動(dòng)力電池體系的發(fā)展方向,其理論比能量高達(dá)2600Wh/kg,遠(yuǎn)高于目前商業(yè)化的鋰離子電池,也是破解新能源汽車(chē)“里程焦慮”備選項(xiàng)之一。然而鋰硫電池在實(shí)際應(yīng)用中,易溶于電解液的多硫化物(中間產(chǎn)物)形成“穿梭效應(yīng)”會(huì)直接導(dǎo)致差的電池循環(huán)壽命。因此,如何抑制多硫化物的穿梭在鋰硫電池正極研究中至關(guān)重要。
所謂穿梭效應(yīng),指的是在充放電過(guò)程中,正極產(chǎn)生的多硫化物(Li2Sx)中間體溶解到電解液中,并穿過(guò)隔膜,向負(fù)極擴(kuò)散,與負(fù)極的金屬鋰直接發(fā)生反應(yīng),最終造成了電池中有效物質(zhì)的不可逆損失、電池壽命的衰減、低的庫(kù)倫效率。
針對(duì)這一問(wèn)題,近日,西安交大化工學(xué)院、長(zhǎng)期從事新一代二次電池正極材料開(kāi)發(fā)與應(yīng)用的李明濤課題組,創(chuàng)造性地設(shè)計(jì)了一種二維插層結(jié)構(gòu)的g-C3N4/石墨烯夾層,如同在電池正負(fù)極之間構(gòu)建了多層“防鯊網(wǎng)”,不僅能通過(guò)物理和化學(xué)雙重作用阻擋多硫化物在正負(fù)極之間穿梭,還能加快鋰離子的擴(kuò)散,從而大大提升電池的循環(huán)壽命。
他們的研究成果對(duì)提升鋰硫電池電化學(xué)性能及進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化具有理論指導(dǎo)意義。前不久,該成果發(fā)表在國(guó)際著名期刊《可持續(xù)能源材料化學(xué)》(ChemSusChem)上,并入選為封面文章。
不久之前,中科院大連化物所在鋰硫二次電池技術(shù)研發(fā)中取得新進(jìn)展,所研制的能量型鋰硫電池的比能量經(jīng)第三方按照特種要求的安全測(cè)試,從之前的520Wh/kg、570Wh/kg到609Wh/kg,刷新了二次電池比能量在同領(lǐng)域的領(lǐng)先位置。此次新研制的能量型鋰硫電池,還展示出了優(yōu)異的環(huán)境適應(yīng)性:在-20℃的環(huán)境中,放電比能量達(dá)到400Wh/kg;在-60℃的極寒環(huán)境中仍可工作,表現(xiàn)出了顯著優(yōu)于鋰離子電池的低溫性能。此外,新研制的功率型鋰硫二次電池的持續(xù)放電倍率大于4C,脈沖可達(dá)10C。目前由中科院大連化物所研制開(kāi)發(fā)的鋰硫電池組已完成了與太陽(yáng)能無(wú)人機(jī)的全系統(tǒng)地面聯(lián)試,取得良好效果,通過(guò)了用戶驗(yàn)收。
作為一種高效的儲(chǔ)能系統(tǒng),從各種電子產(chǎn)品到電動(dòng)汽車(chē),再到電網(wǎng)規(guī)模化能量存儲(chǔ)的擴(kuò)展應(yīng)用,鋰電池正在越來(lái)越多地參與到能源生態(tài)演變這一重要進(jìn)程中。過(guò)去幾十年鋰離子電池(LIBs)一直占據(jù)著主導(dǎo)地位,然而它的高成本和越來(lái)越接近理論極限的現(xiàn)狀以及在我國(guó)的十三五規(guī)劃中,提到的在2020年時(shí)將電池的容量提升到500Wh/kg,這些市場(chǎng)形勢(shì)和政策走向,使得學(xué)術(shù)界和工業(yè)界都在尋求超越鋰離子嵌入的新型化學(xué)儲(chǔ)能電池,以滿足不斷增長(zhǎng)的能源需求。按照目前的進(jìn)度來(lái)看,基于全新能量轉(zhuǎn)化機(jī)制的鋰硫(Li-S)電池摘得頭籌的可能性比較大。
日前,中南大學(xué)賴延清教授團(tuán)隊(duì)的“高比能鋰硫電池技術(shù)”成果已經(jīng)以高達(dá)1.4億元總經(jīng)費(fèi)轉(zhuǎn)讓給中南新能源投資(深圳)有限公司,由該公司負(fù)責(zé)相關(guān)技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化實(shí)施。據(jù)悉,賴延清教授作為該項(xiàng)目負(fù)責(zé)人,還申報(bào)獲批了2018年度國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目,預(yù)計(jì)項(xiàng)目實(shí)施3年內(nèi),將在國(guó)際上率先實(shí)現(xiàn)高比能(當(dāng)前電池的2倍以上)鋰硫電池的工程化制造與裝車(chē)應(yīng)用示范。
如此高昂的成果轉(zhuǎn)讓費(fèi)用在國(guó)內(nèi)高校中極為少見(jiàn),但這也恰恰反映了當(dāng)前我國(guó)新能源汽車(chē)及動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)界對(duì)破解新能源汽車(chē)?yán)m(xù)航里程“瓶頸”,盡快實(shí)現(xiàn)新材料和新技術(shù)商業(yè)化應(yīng)用的迫切需求。
除了科研院所在鋰硫電池技術(shù)研發(fā)上已經(jīng)投入了很多精力,目前國(guó)內(nèi)像猛獅科技、桑頓新能源和國(guó)軒高科等部分動(dòng)力電池企業(yè)也在鋰硫電池技術(shù)研發(fā)上形成了一定的技術(shù)儲(chǔ)備。隨著鋰硫電池重要技術(shù)相繼獲得突破,以及新能源汽車(chē)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的推動(dòng),鋰硫電池商業(yè)化進(jìn)程有望加速,率先布局相關(guān)技術(shù)的公司有望搶占市場(chǎng)先機(jī)。