高體積高能量密度鋰硫電池離商業應用還有多遠?

來源：存能電氣  日期：2020-03-19 10:17  瀏覽量：次

高體積高能量密度鋰硫電池離商業應用還有多遠？鋰硫電池具有較高的理論能量密度，2654Wh/kg和2800Wh/L，是傳統鋰離子電池理論能量密度的五倍以上。近年來，鋰硫電池被視為下一代高能量密度電池體系的理想選擇之一，受到全世界科研界和產業界的高度關注，是未來各國布局的重點研究方向之一。

高體積高能量密度鋰硫電池離商業應用還有多遠？

目前軟包鋰離子電池的能量密度已經可以達到300Wh/kg以上，已經非常接近其極限能量密度350Wh/kg，因此繼續提升的空間依然不大。為了滿足下一代高比能電池的需求，人們開始將目光轉向了能量密度更高的金屬鋰體系電池，這其中Li-S電池憑借著2510Wh/kg的超高理論能量密度吸引了廣泛的關注。

目前鋰硫二次電池的質量能量密度可以達到400~600Wh/kg（<0.1C），體積能量密度一般小于500Wh/L，循環壽命一般小于100圈。循環性差這一方面是由于硫正極巨大的體積膨脹變化等因素，正極在循環過程中結構容易崩塌。

此外，高面容量的金屬鋰循環過程中體積變化大，且直接和液態電解質反應，電芯容易跳水，循環性差和容易跳水成為制約鋰硫二次電池產業化發展的瓶頸之一。此外，硫正極具有高的孔隙率，導致電芯注液量高（30%～50%）。

因此，當前制約鋰硫電池實用化的關鍵技術瓶頸是如何在高活性物質負載條件下（10mg/cm2）,實現低電解液用量，高電極密度及低非活性物質含量。

超高能量密度鋰硫一次電池有可能在消費類電子產品電源、備用電源和動力電源等一些特殊領域替代現有的Li/SOCl2、Li/MnO2等一次電池，具有潛在的應用價值。雖然在學術研究上Li-S電池已經取得了很多進展，但是要實現商業應用仍然還有很大的差距。

鋰硫電池的商業化應用仍存在一些技術挑戰，如硫和固態放電產物的絕緣性、可溶性多硫化物的穿梭效應以及充放電期間硫體積大小的變化等。這些問題通常導致硫的利用率低、循環壽命差、甚至一系列安全問題。如何在大幅提高鋰硫電池能量密度的同時增加其穩定性，已成為當前研究的熱點之一。

鋰硫電池有哪些特點?

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。單質硫在地球中儲量豐富，具有價格低廉、環境友好等特點。

鋰硫電池除了能量密度非常高外，還具有一些其他的優點，一方面，其生產成本比較低。由于鋰硫電池主要采用硫和鋰作為生產原材料，生產成本相對較低；另一方面，鋰硫電池在使用后低毒，并且回收利用的能耗較小。

盡管與許多類型的動力電池相比，鋰硫電池有著明顯的優點，但是同樣其也有存在一些不足之處。目前鋰硫電池最大的劣勢在于其循環利用次數比較低。因為硫化聚合物具有穩定性比較差的特性，所以當前鋰硫電池的循環利用次數要遠遠低于普通的磷酸鐵鋰電池，這就極大的增加了鋰硫電池的使用成本。可以說，只要鋰硫電池的這一性能劣勢得不到改變，那么其就很難大規模的推廣使用。

總結：相對于鋰離子電池來說,鋰硫電池較高的理論比容量以及低成本,使其表現出極大的優勢。在鋰硫電池的商業化應用進程中必須考慮的一點，便是在合理的電池成本的前提下，通過合理設計電池電極材料中硫的負載量，使其達到高質量比容量和高體積比容量的完美融合。