核心难点被攻克，锂硫电池要接棒三元锂电池了？
来源：宝鄂实业
2019-03-28 14:24
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继今年6月中南大学赖延清教授团队在锂硫电池高安全、高比能与长寿命难以协同问题上的研究取得重大突破，锂硫电池技术研发又接连传来捷报。近日，中国科学院兰州化学物理研究所和中国科学技术大学分别在黏土矿物超亲电解液锂电池隔膜研究、影响锂硫电池化学动力性能主要因素研究上均获得重大进展，对推动锂硫电池在新能源汽车领域应用又迈进了关键一步。
“里程焦虑”这一短板已成为新能源汽车进一步推广普及的主要障碍，而现有的锂电池材料体系很快就要触碰到能量密度的“天花板”。尽管国内外车企和动力电池企业均看好全固态电池，但业界对其最为乐观的预计也要到2025年之后才能商业化应用，而要技术完全成熟则可能要等到2030年以后。全固态电池的路还有点远，对于新能源汽车及动力电池企业来说，寻找其他能更快商业化的锂电新材料体系也非常必要。集高能量密度、高理论比容量、低成本及环境友好于一身的锂硫电池便是备选项之一。但锂硫电池颇受诟病的“穿梭效应”一直让其没有走出实验室，应用到新能源汽车领域。
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，其理论比能量高达2600Wh/kg，远高于目前商业化的锂离子电池。近年来，锂硫电池因具有高能量密度、髙理论容量、单质硫资源丰富、价格低廉以及单质硫无污染等特点，成为高能新型电池的主要研究方向之一。但锂硫电池在实际应用中，易溶于电解液的多硫化物(中间产物)形成“穿梭效应”，会直接导致电池循环寿命变差。因此，如何抑制多硫化物的穿梭在锂硫电池正极研究中至关重要。
电池中国网从中国科学技术大学获悉，该校钱逸泰院士团队和王功名教授课题组通过实验和理论结合的方式，研究了金属钴基化合物在锂硫化学中的动力学行为，发现钴基化合物中阴离子的价电子的p能带中心相对费米能级的位置，是影响锂硫电池界面电子转移反应动力学性质的主要因素。该研究成果日前发表在国际顶级能源材料期刊《焦耳》杂志上。
科研人员通过对转化动力学性能的研究，发现制备的金属钴基化合物表现出完全不同的电化学动力学行为。DFT模拟结果以及同时电荷差分密度分析表明，通过尝试关联不同钴基化合物的阴离子价带的p能带中心位置与多硫化合物电化学转化的动力学性能，发现改变阴离子价电子的p能带中心相对费米能级的位置，能够有效调控界面电子转移反应动力学，从而成为影响Li-S化学动力学性能的主要因素。这一成果将为Li-S电池应用研发起到指导作用。
无独有偶，近日电池中国网从中国科学院兰州化学物理研究所获悉，该所研究员张俊平团队首次设计了一种黏土矿物(锂皂石)超亲电解液锂电池隔膜。锂皂石含有丰富的O活性位点和Li+，还具有独特的片层结构和较大比表面。锂皂石首次被应用到锂硫电池中，用于抑制聚硫化物穿梭，并提高隔膜的Li+电导率。研究表明，该黏土矿物超亲电解液隔膜对聚硫化物穿梭具有明显的抑制作用，同时具有较高的Li+电导率、快速的Li+转移、超亲电解液性和较高的热稳定性。将其应用于锂硫电池时，在循环稳定性、倍率性能和抑制自放电等方面均表现优异。此外，该隔膜具有较好的普适性，可通过简单的涂覆法制备，在LiFePO4和锂硫电池中均表现出了优异的性能。
据电池中国网了解，日前，中南大学赖延清教授团队的“高比能锂硫电池技术”成果已经以高达1.4亿元总经费转让给中南新能源投资(深圳)有限公司，由该公司负责相关技术的产业化实施。据悉，赖延清教授作为该项目负责人，还申报获批了2018年度国家重点研发计划项目，预计项目实施3年内，将在国际上率先实现高比能(当前电池的2倍以上)锂硫电池的工程化制造与装车应用示范。
如此高昂的成果转让费用在国内高校中极为少见，但这也恰恰反映了当前我国新能源汽车及动力电池产业界对破解新能源汽车续航里程“瓶颈”，尽快实现新材料和新技术商业化应用的迫切需求。
除了科研院所在锂硫电池技术研发上已经投入了很多精力，目前国内像猛狮科技、桑顿新能源和国轩高科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。电池中国网认为，随着锂硫电池重要技术相继获得突破，以及新能源汽车产业发展的推动，锂硫电池商业化进程有望加速，率先布局相关技术的公司有望抢占市场先机。
与铅酸电池相比，锂电池的能量密度高、寿命长、体积小、重量轻等优点，被人们寄予替代铅酸电池的厚望。三年前，有业内专家预测，在制造电动车领域，锂电池在2015年可以替代大约20%的铅酸电池，五年内可以实现大约替代30%的铅酸电池。然而时值今日，锂电池实际替代铅酸电池不到10%，而未来两年内要实现目标看来是非常的艰难。据最近行业协会预测的数据显示：今年锂电车的销量约300万辆，而整个电动车产销量约3200万辆。那么锂电池替代铅酸电池的主要障碍在哪里？
锂电池性价比优势并不突出。据众多经销锂电车的经销商反映：采用国产锂电池的电动车，返修率居高不下。国内实力雄厚的锂电池企业与一般的中小锂电池企业(pack)工厂制造出来的锂电池其返修率竟然低到5%，高到13%左右的差距，价格十分的悬殊：以锰系材料的48V12Ah约500元/组左右，镍钴锰三元材料的锂电池48V12Ah约650元/组左右。但是pack锂电池48V12Ah只有约320元/组左右。但是这种pack锂电池使用不到一年，电池容量大大衰减，已经无法再使用。而锰系材料和三元材料的锂电池与铅酸相比，除了体积小与重量轻之外，其余并没有多大的优势，其使用达到2年以上，电池的衰减程度已经无法满足行驶长距离的要求。
返修时间过长严重制约了消费者的使用。一旦出现锂电池的故障进行返修，时间长则一个星期左右，甚至有的更长，让消费者等待得不耐烦，失去了使用的信心。其原因是，经销商无法维修或更换锂电池内部出现问题的电芯，一定要通过快递运送到制造企业，通过专业设备来进行电池的维修。这是制约锂电池大规模替代铅酸电池的关键之一。
锂电池过于“娇贵”，无法像铅酸电池那样经得起折腾。锂电车在使用过程中，经不起摔扔撞击，一旦锂电池遭到刺穿，或者剧烈撞击把锂电池摔坏，锂电池就有可能会产生燃烧与爆炸；锂电池对充电器的要求很高，不能像铅酸电池那样随便用马路边的投币充电器来充电，一旦电流过大，击穿锂电池内的保护板就有可能产生导致燃烧甚至爆炸。
由于锂电池产品质量良莠不齐，大量的低端锂电池冲击着市场，使得经销商对锂电车企业的选择格外的小心谨慎，弄不好哪家制造企业一年半载之后就关门跑路，采购进来的锂电车就要让经销商全部兜着处理了。由此可见，锂电池要实现替代铅酸电池，如果不改变上述的问题，再过五年恐怕也很难
