高體積高能量密度鋰硫電池離商業(yè)應(yīng)用還有多遠(yuǎn)?

來(lái)源：存能電氣  日期：2020-03-19 10:17  瀏覽量：次

高體積高能量密度鋰硫電池離商業(yè)應(yīng)用還有多遠(yuǎn)？鋰硫電池具有較高的理論能量密度，2654Wh/kg和2800Wh/L，是傳統(tǒng)鋰離子電池理論能量密度的五倍以上。近年來(lái)，鋰硫電池被視為下一代高能量密度電池體系的理想選擇之一，受到全世界科研界和產(chǎn)業(yè)界的高度關(guān)注，是未來(lái)各國(guó)布局的重點(diǎn)研究方向之一。

高體積高能量密度鋰硫電池離商業(yè)應(yīng)用還有多遠(yuǎn)？

目前軟包鋰離子電池的能量密度已經(jīng)可以達(dá)到300Wh/kg以上，已經(jīng)非常接近其極限能量密度350Wh/kg，因此繼續(xù)提升的空間依然不大。為了滿足下一代高比能電池的需求，人們開(kāi)始將目光轉(zhuǎn)向了能量密度更高的金屬鋰體系電池，這其中Li-S電池憑借著2510Wh/kg的超高理論能量密度吸引了廣泛的關(guān)注。

目前鋰硫二次電池的質(zhì)量能量密度可以達(dá)到400~600Wh/kg（<0.1C），體積能量密度一般小于500Wh/L，循環(huán)壽命一般小于100圈。循環(huán)性差這一方面是由于硫正極巨大的體積膨脹變化等因素，正極在循環(huán)過(guò)程中結(jié)構(gòu)容易崩塌。

此外，高面容量的金屬鋰循環(huán)過(guò)程中體積變化大，且直接和液態(tài)電解質(zhì)反應(yīng)，電芯容易跳水，循環(huán)性差和容易跳水成為制約鋰硫二次電池產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的瓶頸之一。此外，硫正極具有高的孔隙率，導(dǎo)致電芯注液量高（30%～50%）。

因此，當(dāng)前制約鋰硫電池實(shí)用化的關(guān)鍵技術(shù)瓶頸是如何在高活性物質(zhì)負(fù)載條件下（10mg/cm2）,實(shí)現(xiàn)低電解液用量，高電極密度及低非活性物質(zhì)含量。

超高能量密度鋰硫一次電池有可能在消費(fèi)類電子產(chǎn)品電源、備用電源和動(dòng)力電源等一些特殊領(lǐng)域替代現(xiàn)有的Li/SOCl2、Li/MnO2等一次電池，具有潛在的應(yīng)用價(jià)值。雖然在學(xué)術(shù)研究上Li-S電池已經(jīng)取得了很多進(jìn)展，但是要實(shí)現(xiàn)商業(yè)應(yīng)用仍然還有很大的差距。

鋰硫電池的商業(yè)化應(yīng)用仍存在一些技術(shù)挑戰(zhàn)，如硫和固態(tài)放電產(chǎn)物的絕緣性、可溶性多硫化物的穿梭效應(yīng)以及充放電期間硫體積大小的變化等。這些問(wèn)題通常導(dǎo)致硫的利用率低、循環(huán)壽命差、甚至一系列安全問(wèn)題。如何在大幅提高鋰硫電池能量密度的同時(shí)增加其穩(wěn)定性，已成為當(dāng)前研究的熱點(diǎn)之一。

鋰硫電池有哪些特點(diǎn)?

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。單質(zhì)硫在地球中儲(chǔ)量豐富，具有價(jià)格低廉、環(huán)境友好等特點(diǎn)。

鋰硫電池除了能量密度非常高外，還具有一些其他的優(yōu)點(diǎn)，一方面，其生產(chǎn)成本比較低。由于鋰硫電池主要采用硫和鋰作為生產(chǎn)原材料，生產(chǎn)成本相對(duì)較低；另一方面，鋰硫電池在使用后低毒，并且回收利用的能耗較小。

盡管與許多類型的動(dòng)力電池相比，鋰硫電池有著明顯的優(yōu)點(diǎn)，但是同樣其也有存在一些不足之處。目前鋰硫電池最大的劣勢(shì)在于其循環(huán)利用次數(shù)比較低。因?yàn)榱蚧酆衔锞哂蟹€(wěn)定性比較差的特性，所以當(dāng)前鋰硫電池的循環(huán)利用次數(shù)要遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于普通的磷酸鐵鋰電池，這就極大的增加了鋰硫電池的使用成本。可以說(shuō)，只要鋰硫電池的這一性能劣勢(shì)得不到改變，那么其就很難大規(guī)模的推廣使用。

總結(jié)：相對(duì)于鋰離子電池來(lái)說(shuō),鋰硫電池較高的理論比容量以及低成本,使其表現(xiàn)出極大的優(yōu)勢(shì)。在鋰硫電池的商業(yè)化應(yīng)用進(jìn)程中必須考慮的一點(diǎn)，便是在合理的電池成本的前提下，通過(guò)合理設(shè)計(jì)電池電極材料中硫的負(fù)載量，使其達(dá)到高質(zhì)量比容量和高體積比容量的完美融合。