张久俊院士
锂离子电池未来的发展趋势是什么?锂硫电池作为新型电池面临的挑战是什么?
锂硫电池主要问题是导电性能较差
张久俊院士表示,锂硫电池能量密度相对较高,可达到600Wh/kg,功率密度3000W/kg,成本低,且低温运行,目前能够用的不是纯硫,而是复合硫材料,成本更低。
锂硫电池目前公认存在的主要问题之一就是它正极流的导电性较差,充放电过程中体积膨胀比较大,穿梭效应比较明显,还有就是锂负极的安全性问题等。主要的改良策略是在硫正极、隔膜、电解质等几个方面。
多聚物石墨烯材料可提高性能
在张久俊院士的带领下,其团队已经完成许多改良工作。例如,在正负极方面,他们发展了多聚物石墨烯材料,这类材料对于锂硫化合物具有良好的物理支撑和化学吸附作用,可以有效地抑制穿梭效应,提高产品性能。
此外,他们还发展了一些碳硫碳复合物和硫酸铵复合物,提高了材料的库伦效率和寿命;还采用了水热法制备三维多孔石墨烯气凝胶纳米硫,这种纳米硫尺寸很小,能够均匀分布在石墨烯表面,形成碳氧硫共价键,从而抑制硫溶解的穿梭效应,成为可以量产的正极材料。
锂硫电池可以进行一定程度产业化推广
张久俊院士认为,基于化石燃料造成污染并破坏我们的环境,大力发展电动汽车是大势所趋,所以要推进液态和固态锂电池,包括锂离子电池、锂硫电池等的研究开发。
作为纯电动汽车三大核心部件之一的动力电池,从开始运用至今,一直充满着技术线路的争执,从钛酸锂电池,到磷酸铁锂电池、三元锂电池,各有优劣,但不可否认的是每一种类型电池的出现,不仅是对技术的追求,更是背后产业链的博弈。
“要想让纯电动汽车在常规路况下能有长续航能力,行业中普遍认为动力电池的能量密度得达到500Wh/kg,而这个数值理论上能实现1000公里。对于这个技术指标,目前锂硫电池和锂空电池在理论上可以达到,其中,锂空电池能量密度更高,理论上能达到3000Wh/kg,但受制于技术水平限制,目前只能在200Wh/kg以下,此外,锂空电池的循环寿命也不够,目前还无法达到商业运用。”张久俊院士说到。
但锂硫电池不一样,技术相对成熟,国内目前能达到348Wh/kg,而骊电公司的试样品,已达到500Wh/kg,远超竞争对手。“后面我们还将对电芯的负极进一步研发,同时优化正极。”张久俊院士表示,事实上,锂硫电池也有天然的劣性,这也是为什么其余研究机构迟迟没有商业化的原因:首先是硫本身在充放电过程体积会膨胀数倍,进而导致容量衰减;其次,在充放电过程中,硫还会产生溶解,使用寿命大打折扣;另外,硫的导电性也很差。当然,这些问题,骊电新能源正优化解决方案,比如说用导电的高聚物材料把硫牢牢捆住等方式。他们所研发的锂硫电池还有一个科技进步的地方,就是循环寿命很高,目前普通锂硫电池的循环寿命在100-200次,他们能达到900次,已符合普通汽车的生命周期。
此外,在锂硫电池的安全性方面,张久俊院士坦言由于锂枝晶的自然存在,目前业界尚未完全消除这一现象,但他们通过在电芯的正极上使用活跃性相对低的材料、降低电压等方式,提升电池的安全性,“总体来说,安全性比三元锂电池要高多了”。
“锂硫电池从技术、成本等角度上讲离汽车动力电池大规模商业化也只有一步之遥。”张久俊院士表示,在锂硫电池技术领域中,骊电新能源是离商业化市场最近的一个,预计未来将会成为千亿级的企业。“对于锂硫电池,技术已具备可普及的成熟度,可以进行一定程度的产业化推广。”