電池知識
鋰離子、磷酸鐵鋰、錳酸鋰、新能源
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鋰離子、磷酸鐵鋰、錳酸鋰、新能源
具有能量密度高、容量大、環保、廉價等特點的鋰硫電池被稱為是繼鋰電池之后下一代動力電池體系的發展方向。
近日，西安交大化工學院李明濤課題組在影響鋰硫電池使用的瓶頸問題上取得了沖破，設計開發了一種具有二維結構的石墨烯保護層正極材料，獲得了長循環壽命的鋰硫電池。
詳盡原理為，二維插層結構的g-C3N4/石墨烯夾層，如同在電池正負極之間構建了多層防鯊網，不僅能通過物理和化學雙重作用阻擋多硫化物在正負極之間穿梭，還能加快鋰離子的擴散，從而大大提升電池的循環壽命。
在我國，鋰硫電池的開發相對較晚，仍處于試驗室研發階段，實際使用非常少。鋰硫電池充放電過程中間產物多硫化鋰的溶解引起穿梭效應，也一直被視為限制其實際使用的關鍵因素。
曾任猛獅科技副總裁的李青海博士曾稱，多硫化物溶解穿梭是鋰硫電池最緊要和最難處理的問題，相關的改進工作還處于起步階段，不過他看好鋰硫電池作為一種高能量密度二次電池，極具發展前景。
對比當前主流的三元NCM鋰電池，擁有硫正極的電池理論比能量高達2600Wh/kg，是目前廣泛使用的鋰電池的十倍以上。除此之外，硫具有元素儲量豐富、成本低廉等優勢，一旦大規模使用，將大大助推以鋰離子電池為動力的電動車價格下降。
2016年國家發改委在《能源技術革命創新行動計劃（2016-2030年）》中提出，要沖破能量密度達到300Wh/kg的鋰硫電池技術。
作為對比，目前已經批量使用的動力電池，依據2017年發布的《促使汽車動力電池產業發展行動方案》，以及《汽車產業中長期發展規劃》，單體比能量到2020年要達到300Wh/kg以上，到2025年要達到500Wh/kg。鋰硫電池的理論能量密度超過500Wh/kg，因此被視為繼鋰電池之后下一代動力電池體系的發展方向。
為處理鋰硫電池的實際使用問題，包括中國科學技術大學錢逸泰院士團隊、華南理工大學王海輝團隊、中科院青島能源所先進儲能材料與技術研究組、中國廈門大學化學家Nanfeng Zheng團隊以及上海交通大學王久林研究團隊均作出了相關的沖破。
2018年10月，中國科學技術大學錢逸泰院士團隊和王功名教授課題組發現鈷基化合物中陰離子的價電子的p能帶中心相對費米能級的位置是影響Li-S電池界面電子轉移反應動力學性質的主要因素。研究人員發現了正極極化現象最小，而且倍率性能也最好的鈷基化合物載硫材料，甚至在40.0 C的條件下，容量仍有417.3 mA h g-1，對應的是當前最高的功率密度137.3 kW kg-1。該研究成果發表在國際頂級能源材料期刊《焦耳》雜志上。
鋰硫電池是一種以硫為電池正極，金屬鋰作為電池負極的電池體系，在處理金屬Li負極易生成枝晶的安全性問題上，上海交通大學王久林研究團隊制備了一種新的鋰硫電池電解質溶液（用雙氟磺酰亞胺鋰溶于磷酸三乙酯和高閃點氟代醚獲得了飽和電解液），與高濃度電解液相比，新的電解液成本低，粘度低而且加強了對金屬Li電極的保護，能夠有效清除Li電極的枝晶，從而清除可能存在的安全隱患，同時在60度以上高溫下提高了安全性和電化學性能。
除了科研范疇，電池公司在積極需求技術沖破中也將鋰硫電池作為技術儲備之一，上市公司中，中核鈦白、西藏城投、金路集團、國軒高科、猛獅科技等均對鋰硫電池項目有所部署。
盡管鋰硫電池在實現理想能量密度的過程中還存在一些問題，不過對于一些對于電池輕薄性有較高要求的使用范疇，例如對無人機、潛水艇、士兵背負的電源包等用途來說，由于重量比價格或者壽命更加緊要，鋰硫電池已經開始得到實際使用。位于英國的初創公司Oxis能源公司最新研發的鋰硫電池，和目前用于電動車的鋰電池相比，每公斤可儲存近兩倍的能量。不過，它們繼續的時間不是很長，在約100次充放電循環后便會失靈。Oxis的小型實驗工廠以年產1萬~2萬節電池為目標。據稱這些電池會被封裝在手機大小的薄袋子中。
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