高体积高能量密度锂硫电池离商业应用还有多远?

来源：3499拉斯维加斯  日期：2020-03-19 10:17  浏览量：次

高体积高能量密度锂硫电池离商业应用还有多远？锂硫电池具有较高的理论能量密度，2654Wh/kg和2800Wh/L，是传统锂离子电池理论能量密度的五倍以上。近年来，锂硫电池被视为下一代高能量密度电池体系的理想选择之一，受到全世界科研界和产业界的高度关注，是未来各国布局的重点研究方向之一。

高体积高能量密度锂硫电池离商业应用还有多远？

目前软包锂离子电池的能量密度已经可以达到300Wh/kg以上，已经非常接近其极限能量密度350Wh/kg，因此继续提升的空间依然不大。为了满足下一代高比能电池的需求，人们开始将目光转向了能量密度更高的金属锂体系电池，这其中Li-S电池凭借着2510Wh/kg的超高理论能量密度吸引了广泛的关注。

目前锂硫二次电池的质量能量密度可以达到400~600Wh/kg（<0.1C），体积能量密度一般小于500Wh/L，循环寿命一般小于100圈。循环性差这一方面是由于硫正极巨大的体积膨胀变化等因素，正极在循环过程中结构容易崩塌。

此外，高面容量的金属锂循环过程中体积变化大，且直接和液态电解质反应，电芯容易跳水，循环性差和容易跳水成为制约锂硫二次电池产业化发展的瓶颈之一。此外，硫正极具有高的孔隙率，导致电芯注液量高（30%～50%）。

因此，当前制约锂硫电池实用化的关键技术瓶颈是如何在高活性物质负载条件下（10mg/cm2）,实现低电解液用量，高电极密度及低非活性物质含量。

超高能量密度锂硫一次电池有可能在消费类电子产品电源、备用电源和动力电源等一些特殊领域替代现有的Li/SOCl2、Li/MnO2等一次电池，具有潜在的应用价值。虽然在学术研究上Li-S电池已经取得了很多进展，但是要实现商业应用仍然还有很大的差距。

锂硫电池的商业化应用仍存在一些技术挑战，如硫和固态放电产物的绝缘性、可溶性多硫化物的穿梭效应以及充放电期间硫体积大小的变化等。这些问题通常导致硫的利用率低、循环寿命差、甚至一系列安全问题。如何在大幅提高锂硫电池能量密度的同时增加其稳定性，已成为当前研究的热点之一。

锂硫电池有哪些特点?

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。单质硫在地球中储量丰富，具有价格低廉、环境友好等特点。

锂硫电池除了能量密度非常高外，还具有一些其他的优点，一方面，其生产成本比较低。由于锂硫电池主要采用硫和锂作为生产原材料，生产成本相对较低；另一方面，锂硫电池在使用后低毒，并且回收利用的能耗较小。

尽管与许多类型的动力电池相比，锂硫电池有着明显的优点，但是同样其也有存在一些不足之处。目前锂硫电池最大的劣势在于其循环利用次数比较低。因为硫化聚合物具有稳定性比较差的特性，所以当前锂硫电池的循环利用次数要远远低于普通的磷酸铁锂电池，这就极大的增加了锂硫电池的使用成本。可以说，只要锂硫电池的这一性能劣势得不到改变，那么其就很难大规模的推广使用。

总结：相对于锂离子电池来说,锂硫电池较高的理论比容量以及低成本,使其表现出极大的优势。在锂硫电池的商业化应用进程中必须考虑的一点，便是在合理的电池成本的前提下，通过合理设计电池电极材料中硫的负载量，使其达到高质量比容量和高体积比容量的完美融合。