鋰硫電池技術研發獲新進展

繼今年6月中南大學賴延清教授團隊在鋰硫電池高安全、高比能與長壽命難以協同問題上的研究取得重大突破，鋰硫電池技術研發又接連傳來捷報。近日，中國科學院蘭州化學物理研究所和中國科學技術大學分別在黏土礦物超親電解液鋰電池隔膜研究、影響鋰硫電池化學動力性能主要因素研究上均獲得重大進展，對推動鋰硫電池在新能源汽車領域應用又邁進了關鍵一步。

“里程焦慮”這一短板已成為新能源汽車進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”。盡管國內外車企和動力電池企業均看好全固態電池，但業界對其最為樂觀的預計也要到2025年之后才能商業化應用，而要技術完全成熟則可能要等到2030年以后。全固態電池的路還有點遠，對于新能源汽車及動力電池企業來說，尋找其他能更快商業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”一直讓其沒有走出實驗室，應用到新能源汽車領域。

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、單質硫資源豐富、價格低廉以及單質硫無污染等特點，成為高能新型電池的主要研究方向之一。但鋰硫電池在實際應用中，易溶于電解液的多硫化物（中間產物）形成“穿梭效應”，會直接導致電池循環壽命變差。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重要。

電池中國網從中國科學技術大學獲悉，該校錢逸泰院士團隊和王功名教授課題組通過實驗和理論結合的方式，研究了金屬鈷基化合物在鋰硫化學中的動力學行為，發現鈷基化合物中陰離子的價電子的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力學性質的主要因素。該研究成果日前發表在國際頂級能源材料期刊《焦耳》雜志上。

科研人員通過對轉化動力學性能的研究，發現制備的金屬鈷基化合物表現出完全不同的電化學動力學行為。DFT模擬結果以及同時電荷差分密度分析表明，通過嘗試關聯不同鈷基化合物的陰離子價帶的p能帶中心位置與多硫化合物電化學轉化的動力學性能，發現改變陰離子價電子的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力學，從而成為影響Li－S化學動力學性能的主要因素。這一成果將為Li－S電池應用研發起到指導作用。

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無獨有偶，近日電池中國網從中國科學院蘭州化學物理研究所獲悉，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，在循環穩定性、倍率性能和抑制自放電等方面均表現優異。此外，該隔膜具有較好的普適性，可通過簡單的涂覆法制備，在LiFePO4和鋰硫電池中均表現出了優異的性能。

據電池中國網了解，日前，中南大學賴延清教授團隊的“高比能鋰硫電池技術”成果已經以高達1．4億元總經費轉讓給中南新能源投資（深圳）有限公司，由該公司負責相關技術的產業化實施。據悉，賴延清教授作為該項目負責人，還申報獲批了2018年度國家重點研發計劃項目，預計項目實施3年內，將在國際上率先實現高比能（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，但這也恰恰反映了當前我國新能源汽車及動力電池產業界對破解新能源汽車續航里程“瓶頸”，盡快實現新材料和新技術商業化應用的迫切需求。

除了科研院所在鋰硫電池技術研發上已經投入了很多精力，目前國內像猛獅科技、桑頓新能源和國軒高科等部分動力電池企業也在鋰硫電池技術研發上形成了一定的技術儲備。電池中國網認為，隨著鋰硫電池重要技術相繼獲得突破，以及新能源汽車產業發展的推動，鋰硫電池商業化進程有望加速，率先布局相關技術的公司有望搶占市場先機。