下一代动力锂电池瓶颈问题被打破,能量密度高于当今汽车动力锂电池

西安交通大学化工学院李明涛课题组通过设计开发具有二维石墨烯保护层的正极材料,在锂硫电池应用方面取得突破。 这种阴极材料具有长循环寿命。

二维插层G-C2N3/石墨烯夹层在电池正负极之间形成多层鲨鱼网。 它不仅可以通过物理和化学用途阻止多硫化物在正负极之间的运动,还可以加速锂离子的扩散,从而大大提高电池的循环寿命。

在我国,锂硫电池的发展相对较晚,还处于实验室研发阶段,实际应用较少。 锂硫电池在充放电过程中中间产物硫化锂的溶解引起的穿梭效应被认为是限制其实际应用的关键因素。

青海原副总裁李技师科技曾表示,多硫化物溶解航天飞机是锂硫电池最重要、最困难的问题,相关改进工作尚处于起步阶段,但他乐观地认为锂硫电池可用作二次电池。 能量密度高,具有广阔的发展前景。

与目前主流的三元NCM相比,硫正极电池的理论比能量高达2600Wh/kg,是目前广泛使用的锂电池的十倍以上。 此外,硫储量丰富且价格低廉,可能有助于降低锂电池驱动的电动汽车的价格。

2016年,国家发改委在《能源技术革命与创新行动计划(300-2016年)》中提出突破能量密度为2030Wh/kg的锂硫电池技术。

相比之下,根据2017年发布的《促进汽车动力产业发展行动办法》和《汽车产业中长期发展规划》,到300年单机比可达到2020Wh/kg以上,到500年单机比可达到2025Wh/kg以上。 锂硫电池的理论能量密度大于500Wh/kg,被认为是继锂电池之后下一代动力锂电池系统的发展方向。

为解决锂硫电池应用中的实际问题,包括中国科学技术大学钱翰林团队、华南理工大学王海辉团队、青岛能源与储能材料先进中科院技术研究团队、厦门大学化学南丰政团队、上海交通大学王氏研究团队取得突破性进展。

2018 年 417.3 月,王一泰前教授和中国科学技术大学(University of Science and Technology)等人发现,价电子 p 带中心位置相对于费米能级的动态性能是影响 li 的重要因素。 -S电池界面电子转移反应。 研究人员发现,正极化最小、倍率性能最好的钴基载硫材料,即使在1°C下的容量也为40.0 Mahg-137.3,对应目前最高功率密度1 kwkg-XNUMX。 研究成果发表在国际优秀能源材料期刊《焦耳》上。

锂硫电池是以硫为正极的金属锂电池正极电池体系。 为解决上海交通大学金属正极产生锂枝晶的安全问题,王团队制备了新型锂电池电解液(采用双氟磺酰亚胺锂溶于磷酸三乙酯和高闪点氟醚,得到饱和电解液) . 与高浓度电解液相比,新型电解液成本低、粘度低,增强了对金属锂电极的保护,能有效去除锂电极的枝晶,消除安全隐患。 同时,在60°C以上的高温条件下,安全性和电化学性能得到提高。

除了科研,电池企业还将锂硫电池作为自己的技术储备之一,积极要求技术突破。 在这些上市公司中,中核钛白、西藏城投、金鹿集团、国讯高科、梦视科技等公司均布局了锂硫电池项目。

虽然锂硫电池在实现理想能量密度的过程中存在一些问题,但对于一些电池应用的薄度有更高的要求,例如无人机(UAV)、潜艇、士兵背囊等。 对于其他用途的电源,由于重量比价格或寿命更重要,锂硫电池已经开始投入实际使用。 由英国初创公司 Oxis Energy 开发的新型锂硫电池每公斤可储存的能量几乎是目前电动汽车所用锂电池的两倍。 然而,它们不能持续很长时间,并且会在大约 100 次充放电循环后失效。 Oxis 的小型试验工厂的目标是每年生产 10,000 至 20,000 个电池。 据说电池装在一个手机大小的薄袋里。 为什么要尽快推动动力锂电池的再生和循环利用? 我国锂资源虽然位居世界第四,但由于锂矿品位差、提纯难度大、成本高,每年进口大量锂矿,对外依存度超过85% . 此外,中国需求也带动电池级碳酸锂价格飙升。 近年来价格上涨近三倍,大大增加了中国锂电池厂商的采购成本。 一方面,淘汰动力锂电池是宝贵的“城市矿山”。 金属含量远高于矿石、锂、钴、镍等贵金属。 回收再利用可以提高资源利用效率,减少进口,减少对外依赖,保障国家资源战略安全。 张天仁说,另一方面,从防止污染和保护环境的角度来看,废弃的锂电池如果处理不当,也会对生态环境造成很大的危害。

为更好地促进新能源汽车锂电池回收再利用,保护生态环境,保障国家战略资源安全,存在三个重要问题:回收体系不完善、再生技术不成熟、薄弱环节。激励机制。 多方面提出了促进我国新能源汽车产业健康可持续发展的建议。

加快标准制定、统一管理标准是开展相关工作的基础。 他建议有关部门加快制定废旧电池回收再利用管理标准、技术标准和评价标准。 鼓励具有产业优势的地区制定新能源锂电池监管回收再利用规划和实施办法,通过初步试点,探索更符合行业实际、更具可操作性的国家实施办法。