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锂硫电池：升级版固态电池有何神奇之处？
泉源: | 作者:石伟?Z6尊龙凯时咨询新能源事业二部? | 宣布时间: 2024-10-15 | 678 次浏览 | 分享到:
国家政策提出较高预期，现有锂电质料性能靠近极限。随着智能网联电动车和电化学储能需求一连增添，高能量密度和高清静性已经成为客户重点关注要点。国家更是公布相关有力政策助力其高质量有序生长，如《中国制造2025》提出，单体电芯比能量要在2020年抵达300Wh/kg，2025年抵达400Wh/kg，2030年抵达500Wh/kg。可是，市面上的高容量电池系统现阶段很难抵达400wh/kg，现在基于氧化物正极与石墨负极的古板锂离子电池的能量密度越来越靠近其理论上限，纵然搭配上“高镍+硅碳”的高配组合，能量密度也只能在360wh/kg左右。固态电解质可以在正负极搭配更高比能的质料，大幅提升能量密度至500Wh/kg左右的同时具备更高的清静性。

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图1 动力电池手艺生长趋势

其中，锂硫电池作为一种具有极高理论能量密度的新型电池系统，近年来受到业内的普遍关注与研究。近期青岛能源所开发出了一种高容量硫化物复合正极质料，其比容量是目今三元正极的5倍以上。这一效果不但为全固态锂硫电池的正极结构设计提供了一种新战略，也有助于全固态锂硫电池实现商业化应用。


现阶段性能“优劣各半”，未来仍需一连刷新升级

硫化物全固态电池是天下前沿手艺，有望倾覆性解决古板有机电解液电池易燃、易爆等清静性问题，并突破充电速率慢、低温性能差、能量密度低等瓶颈。

现在锂电研究取得了一些主要希望，好比接纳硫化物固态电解质、以硫化锂作为正极，可将电池能量密度提升至液态锂电池的两倍。中远期内，如接纳“硫正极+金属锂负极”组合，电池能量密度有望进一步提升。硫化锂和硫被视为全固态电池未来正极质料的最优选择。
然而，锂硫电池的研究现在仍面临棘手挑战。好比硫的导电性差、多硫化物的穿梭效应以及电极的稳固性等问题依然有待解决。
为推动锂硫电池手艺刷新，提升性能指数，未来的研究偏向主要聚焦以下几方面：
1、一连优化锂、硫化锂等正极质料的设计，提高硫及硫化物的使用率和稳固性；
2、继续健全硫化物固态电解质系统，知足锂硫电池的特殊需求；
3、坚持增强隔膜的研究，提高其对多硫化物的阻隔性能；
4、深入建设健全锂硫电池全生命周期治理机制，动态提供研究数据和理论指导，以包管电池性能提升；

5、增强产学研相助模式，加速硫电池的工业化和商业化历程。


高续航优势性能为“低空经济”领域提供坚实助力

电池能量密度将向400Wh/kg及以上升级以增添eVTOL航程，实现路径包括更新电极质料、电池组紧凑化等。未来eVTOL航行器最少应具备大于100英里（约160km）的有用航程，据其换算电池最少需要约230Wh/kg的能量密度，但思量到航行器动力系统的效率、冗余电量需求及电池包的设计水一律因素，只有50%-60%的能量密度水平在航行中是有用的，因此整个电池组的比能量应抵达380-460Wh/kg（即400Wh/kg左右）才华知足需求。

现在eVTOL用电池的能量密度已到285Wh/kg，仍需通过：1）使用更先进的电极质料（如锂硫电池）；2）使用更紧凑的电池组设计来提升能量密度，为eVTOL提供更高的航程。

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图2 Li-S Energy开发20层锂硫电池（能量密度凌驾400Wh/kg）

结

语

鉴于古板液态锂电池在清静性、能量密度及充电效率等方面遇到生长瓶颈，锂硫电池作为固态电池升级版本，可以为动力电池提供更具竞争力的高比能、清静包管及低温性等优势，具有辽阔的应用远景。但仍需要解决正极质料、负极质料、固态电解质等要害质料的现存问题，推动其在能源领域的现实应用。


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