專訪院士張久俊:鋰硫電池即將掀起新一輪電池革命

2021-01-13 新華報業網

  作為純電動汽車三大核心部件之一的動力電池,從開始運用至今,一直充滿著技術線路的爭執,從鈦酸鋰電池,到磷酸鐵鋰電池、三元鋰電池,各有優劣,但不可否認的是每一種類型電池的出現,不僅是對技術的追求,更是背後產業鏈的博弈。

  在寧德時代、LG化學、國軒高科等電池製造大戶們兵戎相見時,另一條技術線路的電池正悄然跨步發展,或者可以這樣說,一旦商業化顛覆現有電池產業格局或許只是一夜間的事。

  張久俊,加拿大皇家科學院院士、加拿大工程院院士、加拿大工程研究院院士,上海大學可持續能源研究院院長,國際電化學能源科學院創始人,2020年入選南京市頂尖專家,在浦口區創立了南京驪電新能源科技,從事鋰硫電池的研究與運用開發。

  純電動汽車的續航能力跟動力電池的能量密度相關,從目前新能源汽車推廣使用過程中發現,裡程焦慮的情況依舊沒有得到根本改變。也正因此,無論是此前工信部《汽車產業中長期發展規劃》還是新能源汽車補貼中的硬性要求,都對動力電池的能量密度提出了相應要求。而現實是,商業化中能量密度最高的三元鋰電池,其能量密度在300Wh/kg,已經達到了極限,很難再有提升空間。

  張久俊向記者表示,要想讓純電動汽車在常規路況下能有長續航能力,行業中普遍認為動力電池的能量密度得達到500Wh/kg,而這個數值理論上能實現1000公裡。對於這個技術指標,目前鋰硫電池和鋰空電池在理論上可以達到,其中,鋰空電池能量密度更高,理論上能達到3000Wh/kg,但受制於技術水平限制,目前只能在200Wh/kg以下,此外,鋰空電池的循環壽命也不夠,目前還無法達到商業運用。

  但鋰硫電池不一樣,技術相對成熟,國內目前能達到348Wh/kg,而驪電公司的試樣品,已達到500Wh/kg,遠超競爭對手。「後面我們還將對電芯的負極進一步研發,同時優化正極。」張久俊表示,事實上,鋰硫電池也有天然的劣性,這也是為什麼其餘研究機構遲遲沒有商業化的原因:首先是硫本身在充放電過程體積會膨脹數倍,進而導致容量衰減;其次,在充放電過程中,硫還會產生溶解,使用壽命大打折扣;另外,硫的導電性也很差。當然,這些問題,驪電新能源正優化解決方案,比如說用導電的高聚物材料把硫牢牢捆住等方式。他們所研發的鋰硫電池還有一個科技進步的地方,就是循環壽命很高,目前普通鋰硫電池的循環壽命在100-200次,他們能達到900次,已符合普通汽車的生命周期。

  此外,在鋰硫電池的安全性方面,張久俊坦言由於鋰枝晶的自然存在,目前業界尚未完全消除這一現象,但他們通過在電芯的正極上使用活躍性相對低的材料、降低電壓等方式,提升電池的安全性,「總體來說,安全性比三元鋰電池要高多了」。

  「鋰硫電池從技術、成本等角度上講離汽車動力電池大規模商業化也只有一步之遙。」張久俊表示,在鋰硫電池技術領域中,驪電新能源是離商業化市場最近的一個,預計未來將會成為千億級的企業。

  》》》換條道,或許是一片藍海

  中國,新能源汽車的使用走在全球前沿,按照《新能源汽車產業發展規劃(2021-2035)》(以下簡稱《規劃》),到2025年,新能源汽車新車銷售量達到汽車新車銷售總量的20%左右。這一信號將層層傳導下去,無論是汽車主機廠還是配套商,都在依照《規劃》調整策略。

  對於各地方產業而言,及時抓住政策導向,適時引入頭部研發機構、企業,優化產業結構變得尤為重要。在浦口區科技局的《2020 年新能源汽車行業研究報告》看來,《規劃》發布之後,主流的動力電池企業對上遊資源及材料有較強的主導力,與主機廠也有較為密切的關聯,是供給側的主導核心,從目前發展來看,未來將會向著高能量密度、低成本、快充等技術方向發展。

  市場決定一切,要從根本上解決新能源汽車裡程焦慮,唯有降低電耗和提升電池能量密度。而原有電池能量密度已達到極限,嘗試更換一條線路未嘗不可,更何況現有研發機構已做出成品來,即將跨入商業運用。

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  • 什麼是鋰硫電池?鋰硫電池有什麼特點?
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  • 鋰硫電池充放電原理_鋰硫電池的應用
    到這裡應該基本能搞清楚鋰硫電池遇到的問題是什麼,目前的研究也基本就集中在這些問題上,做到高能量密度,提高正極S的含量,增強循環穩定性,安全性。順便提一下,在這個研究過程中,設備的損傷確實蠻大。   鋰硫電池的充放電工作原理:   典型的鋰硫電池一般採用單質硫作為正極,金屬鋰片作為負極,它的反應機理不同於鋰離子電池的離子脫嵌機理,而是電化學機理。
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