核心難點(diǎn)被攻克 鋰硫電池接棒三元鋰電池？

　　繼今年6月中南大學(xué)賴(lài)延清教授團隊在鋰硫電池高安全、高比能與長(cháng)壽命難以協(xié)同問(wèn)題上的研究取得重大突破，鋰硫電池技術(shù)研發(fā)又接連傳來(lái)捷報。近日，中國科學(xué)院蘭州化學(xué)物理研究所和中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)分別在黏土礦物超親電解液鋰電池隔膜研究、影響鋰硫電池化學(xué)動(dòng)力性能主要因素研究上均獲得重大進(jìn)展，對推動(dòng)鋰硫電池在新能源汽車(chē)領(lǐng)域應用又邁進(jìn)了關(guān)鍵一步。

　　“里程焦慮”這一短板已成為新能源汽車(chē)進(jìn)一步推廣普及的主要障礙，而現有的鋰電池材料體系很快就要觸碰到能量密度的“天花板”。盡管?chē)鴥韧廛?chē)企和動(dòng)力電池企業(yè)均看好全固態(tài)電池，但業(yè)界對其最為樂(lè )觀(guān)的預計也要到2025年之后才能商業(yè)化應用，而要技術(shù)完全成熟則可能要等到2030年以后。全固態(tài)電池的路還有點(diǎn)遠，對于新能源汽車(chē)及動(dòng)力電池企業(yè)來(lái)說(shuō)，尋找其他能更快商業(yè)化的鋰電新材料體系也非常必要。集高能量密度、高理論比容量、低成本及環(huán)境友好于一身的鋰硫電池便是備選項之一。但鋰硫電池頗受詬病的“穿梭效應”一直讓其沒(méi)有走出實(shí)驗室，應用到新能源汽車(chē)領(lǐng)域。

　　資料顯示，鋰硫電池是以硫元素作為電池正極，金屬鋰作為負極的一種鋰電池，其理論比能量高達2600Wh/kg，遠高于目前商業(yè)化的鋰離子電池。近年來(lái)，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(jià)格低廉以及單質(zhì)硫無(wú)污染等特點(diǎn)，成為高能新型電池的主要研究方向之一。但鋰硫電池在實(shí)際應用中，易溶于電解液的多硫化物(中間產(chǎn)物)形成“穿梭效應”，會(huì )直接導致電池循環(huán)壽命變差。因此，如何抑制多硫化物的穿梭在鋰硫電池正極研究中至關(guān)重要。

　　電池中國網(wǎng)從中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)獲悉，該校錢(qián)逸泰院士團隊和王功名教授課題組通過(guò)實(shí)驗和理論結合的方式，研究了金屬鈷基化合物在鋰硫化學(xué)中的動(dòng)力學(xué)行為，發(fā)現鈷基化合物中陰離子的價(jià)電子的p能帶中心相對費米能級的位置，是影響鋰硫電池界面電子轉移反應動(dòng)力學(xué)性質(zhì)的主要因素。該研究成果日前發(fā)表在國際頂級能源材料期刊《焦耳》雜志上。

　　科研人員通過(guò)對轉化動(dòng)力學(xué)性能的研究，發(fā)現制備的金屬鈷基化合物表現出完全不同的電化學(xué)動(dòng)力學(xué)行為。DFT模擬結果以及同時(shí)電荷差分密度分析表明，通過(guò)嘗試關(guān)聯(lián)不同鈷基化合物的陰離子價(jià)帶的p能帶中心位置與多硫化合物電化學(xué)轉化的動(dòng)力學(xué)性能，發(fā)現改變陰離子價(jià)電子的p能帶中心相對費米能級的位置，能夠有效調控界面電子轉移反應動(dòng)力學(xué)，從而成為影響Li-S化學(xué)動(dòng)力學(xué)性能的主要因素。這一成果將為L(cháng)i-S電池應用研發(fā)起到指導作用。

　　無(wú)獨有偶，近日電池中國網(wǎng)從中國科學(xué)院蘭州化學(xué)物理研究所獲悉，該所研究員張俊平團隊首次設計了一種黏土礦物(鋰皂石)超親電解液鋰電池隔膜。鋰皂石含有豐富的O活性位點(diǎn)和Li+，還具有獨特的片層結構和較大比表面。鋰皂石首次被應用到鋰硫電池中，用于抑制聚硫化物穿梭，并提高隔膜的Li+電導率。研究表明，該黏土礦物超親電解液隔膜對聚硫化物穿梭具有明顯的抑制作用，同時(shí)具有較高的Li+電導率、快速的Li+轉移、超親電解液性和較高的熱穩定性。將其應用于鋰硫電池時(shí)，在循環(huán)穩定性、倍率性能和抑制自放電等方面均表現優(yōu)異。此外，該隔膜具有較好的普適性，可通過(guò)簡(jiǎn)單的涂覆法制備，在LiFePO4和鋰硫電池中均表現出了優(yōu)異的性能。

　　據電池中國網(wǎng)了解，日前，中南大學(xué)賴(lài)延清教授團隊的“高比能鋰硫電池技術(shù)”成果已經(jīng)以高達1.4億元總經(jīng)費轉讓給中南新能源投資(深圳)有限公司，由該公司負責相關(guān)技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化實(shí)施。據悉，賴(lài)延清教授作為該項目負責人，還申報獲批了2018年度國家重點(diǎn)研發(fā)計劃項目，預計項目實(shí)施3年內，將在國際上率先實(shí)現高比能(當前電池的2倍以上)鋰硫電池的工程化制造與裝車(chē)應用示范。

　　如此高昂的成果轉讓費用在國內高校中極為少見(jiàn)，但這也恰恰反映了當前我國新能源汽車(chē)及動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)界對破解新能源汽車(chē)續航里程“瓶頸”，盡快實(shí)現新材料和新技術(shù)商業(yè)化應用的迫切需求。

　　除了科研院所在鋰硫電池技術(shù)研發(fā)上已經(jīng)投入了很多精力，目前國內像猛獅科技、桑頓新能源和國軒高科等部分動(dòng)力電池企業(yè)也在鋰硫電池技術(shù)研發(fā)上形成了一定的技術(shù)儲備。