2020年，對所有在中國市場銷售的新能源汽車和動力電池企業(yè)來說都是一道坎兒。根據(jù)國家工信部發(fā)布的《節(jié)能與新能源汽車技術(shù)路線圖》要求，2020年純電動汽車動力電池單體能量密度要達(dá)到300Wh／kg，力爭做到350Wh／kg，而目前主流的鋰電池材料體系，能量密度在未來一到兩年都將接近理論值，難以超過350 Wh／kg，要制造更高能量密度的電池，則需要開發(fā)新的電池體系。有業(yè)內(nèi)人士認(rèn)為，鋰硫電池體系有望成為未來高能量密度主流電池材料體系之一。
據(jù)電池中國網(wǎng)了解，近日中南大學(xué)賴延清教授團(tuán)隊在鋰硫電池高安全、長壽命與高比能難以協(xié)同問題的研究上取得重大突破，在S－C復(fù)合材料構(gòu)筑、循環(huán)衰減機(jī)制以及截硫?qū)т嚪椒ǖ确矫嫒〉昧艘幌盗袆?chuàng)新性成果，相關(guān)研究成果在Nano Energy 、Energy Storage Materials和J． Mater． Chem． A等相關(guān)能源材料Top 期刊上發(fā)表。賴延清教授作為項目負(fù)責(zé)人，還申報獲批了2018年度國家重點研發(fā)計劃項目，預(yù)計項目實施3年內(nèi)，將在國際上率先實現(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應(yīng)用示范。
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，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。近年來，鋰硫電池因具有高能量密度、髙理論容量、單質(zhì)硫資源豐富、價格低廉以及環(huán)境友好等特點，成為高能新型電池的主要研究方向之一。
盡管技術(shù)路線較為清晰，但鋰硫電池的商業(yè)化進(jìn)程卻面臨很大的挑戰(zhàn)：由于硫正極材料及其放電產(chǎn)物硫化鋰導(dǎo)電性差，充放電過程中的體積效應(yīng)以及“穿梭效應(yīng)”等問題，致使電池中硫的利用率低、容量衰減快、倍率性能差。
針對上述問題，西南大學(xué)材料與能源學(xué)部徐茂文教授課題組日前設(shè)計并合成了雙層核殼NiO－NiCo2O4異質(zhì)結(jié) C空心納米籠作為硫的載體，并首次應(yīng)用于鋰硫電池中。這種空心結(jié)構(gòu)不僅能夠為硫的存儲提供充足的空間，還能有效應(yīng)對硫充放電過程中的體積效應(yīng)。此外，NiO－NiCo2O4異質(zhì)結(jié)納米籠能夠利用自身組成的獨特優(yōu)勢，有效抑制多硫化物溶解擴(kuò)散，緩解電池的穿梭效應(yīng)。基于這種獨特的設(shè)計，該材料作為鋰硫電池的正極，表現(xiàn)出較高的比容量以及良好的循環(huán)穩(wěn)定性。電池中國網(wǎng)獲悉，該研究成果為徐茂文團(tuán)隊與美國麻省理工大學(xué)陳育明博士合作完成，并以“Double－Shelled NiO－NiCo2O4 Heterostructure Carbon Hollow Nanocages as An Efficient Sulfur Host for Advanced Lithium－Sulfur Batteries”為題發(fā)表在國際能源頂級期刊《Advanced Energy Materials》（先進(jìn)能源材料）上。
不只是科研機(jī)構(gòu)，近年來電池企業(yè)也一直在積極尋求技術(shù)突破，希望盡快實現(xiàn)鋰硫電池商業(yè)化。考慮到高空無人機(jī)對重量特別敏感，而鋰硫電池最大的優(yōu)勢便是能量密度大、重量輕，國內(nèi)外已有多家企業(yè)陸續(xù)在無人機(jī)上開展鋰硫電池應(yīng)用測試。
據(jù)電池中國網(wǎng)了解，國外的SION POWER公司在2010年將鋰硫電池應(yīng)用于大型無人機(jī)創(chuàng)下了飛行高度最高、滯空時間最長和工作溫度最低等三項無人機(jī)飛行世界記錄。而目前鋰離子電池?zé)o法實現(xiàn)讓無人機(jī)在高空低溫環(huán)境下長時間滯空。國內(nèi)方面，猛獅科技通過與新加坡的專業(yè)研究院所IMRE合作，目前鋰硫電池樣品也已經(jīng)在無人機(jī)上應(yīng)用。
目前鋰硫電池產(chǎn)業(yè)化研發(fā)尚處于起步階段，除了電池正極材料的比容量和穩(wěn)定性需要進(jìn)一步提高外，電池安全性等關(guān)鍵問題也亟待解決。盡管鋰硫電池產(chǎn)業(yè)化還存在著許多問題，但在桑頓新能源研發(fā)部總經(jīng)理苗力孝博士看來，這正是我國新能源企業(yè)搶占先機(jī)，獲取未來鋰硫電池話語權(quán)的最佳時期，動力電池企業(yè)應(yīng)加大研發(fā)投入力度，加速攻克和突破鋰硫電池的技術(shù)難關(guān)，以避免未來鋰硫電池核心技術(shù)被國外占領(lǐng)，影響國內(nèi)鋰電產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展。
作者： 閆志剛