下一代動力鋰電池瓶頸問題被打破,能量密度高於當今汽車動力鋰電池

西安交通大學化工學院李明濤課題組通過設計開發具有二維石墨烯保護層的正極材料,在鋰硫電池應用方面取得突破。 這種陰極材料具有長循環壽命。

二維插層G-C2N3/石墨烯夾層在電池正負極之間形成多層鯊魚網。 它不僅可以通過物理和化學用途阻止多硫化物在正負極之間的運動,還可以加速鋰離子的擴散,從而大大提高電池的循環壽命。

在我國,鋰硫電池的發展相對較晚,還處於實驗室研發階段,實際應用較少。 鋰硫電池在充放電過程中中間產物硫化鋰的溶解引起的穿梭效應被認為是限制其實際應用的關鍵因素。

青海原副總裁李技師科技曾表示,多硫化物溶解航天飛機是鋰硫電池最重要、最困難的問題,相關改進工作尚處於起步階段,但他樂觀地認為鋰硫電池可用作二次電池。 能量密度高,具有廣闊的發展前景。

與目前主流的三元NCM相比,硫正極電池的理論比能量高達2600Wh/kg,是目前廣泛使用的鋰電池的十倍以上。 此外,硫儲量豐富且價格低廉,可能有助於降低鋰電池驅動的電動汽車的價格。

2016年,國家發改委在《能源技術革命與創新行動計劃(300-2016年)》中提出突破能量密度為2030Wh/kg的鋰硫電池技術。

相比之下,根據2017年發布的《促進汽車動力產業發展行動辦法》和《汽車產業中長期發展規劃》,到300年單機比可達到2020Wh/kg以上,到500年單機比可達到2025Wh/kg以上。 鋰硫電池的理論能量密度大於500Wh/kg,被認為是繼鋰電池之後下一代動力鋰電池系統的發展方向。

為解決鋰硫電池應用中的實際問題,包括中國科學技術大學錢翰林團隊、華南理工大學王海輝團隊、青島能源與儲能材料先進中科院技術研究團隊、廈門大學化學南豐政團隊、上海交通大學王氏研究團隊取得突破性進展。

2018 年 417.3 月,王一泰前教授和中國科學技術大學(University of Science and Technology)等人發現,價電子 p 帶中心位置相對於費米能級的動態性能是影響 li 的重要因素。 -S電池界面電子轉移反應。 研究人員發現,正極化最小、倍率性能最好的鈷基載硫材料,即使在1°C下的容量也為40.0 Mahg-137.3,對應目前最高功率密度1 kwkg-XNUMX。 研究成果發表在國際優秀能源材料期刊《焦耳》上。

鋰硫電池是以硫為正極的金屬鋰電池正極電池體系。 為解決上海交通大學金屬正極產生鋰枝晶的安全問題,王團隊製備了新型鋰電池電解液(採用雙氟磺酰亞胺鋰溶於磷酸三乙酯和高閃點氟醚,得到飽和電解液) . 與高濃度電解液相比,新型電解液成本低、粘度低,增強了對金屬鋰電極的保護,能有效去除鋰電極的枝晶,消除安全隱患。 同時,在60°C以上的高溫條件下,安全性和電化學性能得到提高。

除了科研,電池企業還將鋰硫電池作為自己的技術儲備之一,積極要求技術突破。 在這些上市公司中,中核鈦白、西藏城投、金鹿集團、國訊高科、夢視科技等公司均佈局了鋰硫電池項目。

雖然鋰硫電池在實現理想能量密度的過程中存在一些問題,但對於一些電池應用的薄度有更高的要求,例如無人機(UAV)、潛艇、士兵背囊等。 對於其他用途的電源,由於重量比價格或壽命更重要,鋰硫電池已經開始投入實際使用。 英國初創公司 Oxis Energy 開發的新型鋰硫電池每公斤可儲存的能量幾乎是目前電動汽車所用鋰電池的兩倍。 然而,它們不能持續很長時間,並且會在大約 100 次充放電循環後失效。 Oxis 的小型試驗工廠的目標是每年生產 10,000 至 20,000 個電池。 據說電池裝在一個手機大小的薄袋裡。 為什麼要盡快推動動力鋰電池的再生和循環利用? 我國鋰資源雖然位居世界第四,但由於鋰礦品位差、提純難度大、成本高,每年進口大量鋰礦,對外依存度超過85% . 此外,中國需求也帶動電池級碳酸鋰價格飆升。 近年來,價格上漲近三倍,大大增加了中國鋰電池廠商的採購成本。 一方面,淘汰動力鋰電池是寶貴的“城市礦山”。 金屬含量遠高於礦石、鋰、鈷、鎳等貴金屬。 回收再利用可以提高資源利用效率,減少進口,減少對外依賴,保障國家資源戰略安全。 張天仁說,另一方面,從防止污染和保護環境的角度來看,廢棄的鋰電池如果處理不當,也會對生態環境造成很大的危害。

為更好地促進新能源汽車鋰電池回收再利用,保護生態環境,保障國家戰略資源安全,存在三個重要問題:回收體係不完善、再生技術不成熟、薄弱環節。激勵機制。 多方面提出了促進我國新能源汽車產業健康可持續發展的建議。

加快標準制定、統一管理標準是開展相關工作的基礎。 他建議有關部門加快制定廢舊電池回收再利用管理標準、技術標準和評價標準。 鼓勵具有產業優勢的地區製定新能源鋰電池監管回收再利用規劃和實施辦法,通過初步試點,探索更符合行業實際、更具可操作性的國家實施辦法。