锂硫电池技术：有望成为未来高能量密度主流电池

2020年，对所有在中国市场销售的新能源汽车和动力电池企业来说都是一道坎儿。根据国家工信部发布的《节能与新能源汽车技术路线图》要求，2020年纯电动汽车动力电池单体能量密度要达到300Wh／kg，力争做到350Wh／kg，而目前主流的锂电池材料体系，能量密度在未来一到两年都将接近理论值，难以超过350 Wh／kg，要制造更高能量密度的电池，则需要开发新的电池体系。有业内人士认为，锂硫电池体系有望成为未来高能量密度主流电池材料体系之一。

据记者了解，近日中南大学赖延清教授团队在锂硫电池高安全、长寿命与高比能难以协同问题的研究上取得重大突破，在S－C复合材料构筑、循环衰减机制以及截硫导锂方法等方面取得了一系列创新性成果，相关研究成果在Nano Energy 、Energy Storage Materials和J． Mater． Chem． A等相关能源材料Top 期刊上发表。赖延清教授作为项目负责人，还申报获批了2018年度国家重点研发计划项目，预计项目实施3年内，将在国际上率先实现高比能（当前电池的2倍以上）锂硫电池的工程化制造与装车应用示范。

锂硫电池是以硫元素作为电池正极，金属锂作为负极的一种锂电池，其理论比能量高达 2600Wh／kg，远高于目前商业化的锂离子电池。近年来，锂硫电池因具有高能量密度、髙理论容量、单质硫资源丰富、价格低廉以及环境友好等特点，成为高能新型电池的主要研究方向之一。

尽管技术路线较为清晰，但锂硫电池的商业化进程却面临很大的挑战：由于硫正极材料及其放电产物硫化锂导电性差，充放电过程中的体积效应以及“穿梭效应”等问题，致使电池中硫的利用率低、容量衰减快、倍率性能差。

针对上述问题，西南大学材料与能源学部徐茂文教授课题组日前设计并合成了双层核壳NiO－NiCo2O4异质结 C空心纳米笼作为硫的载体，并首次应用于锂硫电池中。这种空心结构不仅能够为硫的存储提供充足的空间，还能有效应对硫充放电过程中的体积效应。此外，NiO－NiCo2O4异质结纳米笼能够利用自身组成的独特优势，有效抑制多硫化物溶解扩散，缓解电池的穿梭效应。基于这种独特的设计，该材料作为锂硫电池的正极，表现出较高的比容量以及良好的循环稳定性。电池中国网获悉，该研究成果为徐茂文团队与美国麻省理工大学陈育明博士合作完成，并以“Double－Shelled NiO－NiCo2O4 Heterostructure Carbon Hollow Nanocages as An Efficient Sulfur Host for Advanced Lithium－Sulfur Batteries”为题发表在国际能源顶级期刊《Advanced Energy Materials》（先进能源材料）上。

不只是科研机构，近年来电池企业也一直在积极寻求技术突破，希望尽快实现锂硫电池商业化。考虑到高空无人机对重量特别敏感，而锂硫电池最大的优势便是能量密度大、重量轻，国内外已有多家企业陆续在无人机上开展锂硫电池应用测试。

据记者了解，国外的SION POWER公司在2010年将锂硫电池应用于大型无人机创下了飞行高度最高、滞空时间最长和工作温度最低等三项无人机飞行世界记录。而目前锂离子电池无法实现让无人机在高空低温环境下长时间滞空。国内方面，猛狮科技通过与新加坡的专业研究院所IMRE合作，目前锂硫电池样品也已经在无人机上应用。

目前锂硫电池产业化研发尚处于起步阶段，除了电池正极材料的比容量和稳定性需要进一步提高外，电池安全性等关键问题也亟待解决。尽管锂硫电池产业化还存在着许多问题，但在桑顿新能源研发部总经理苗力孝博士看来，这正是我国新能源企业抢占先机，获取未来锂硫电池话语权的最佳时期，动力电池企业应加大研发投入力度，加速攻克和突破锂硫电池的技术难关，以避免未来锂硫电池核心技术被国外占领，影响国内锂电产业健康发展。