锂硫电池高性能电解液材料研究获进展

    业界遍及将锂硫电池作为化学储能的将来开展方向，但是一直以来，锂硫电池面对多硫化锂“飞梭效应”和金属锂“界面不稳定”的要害应战。科研人员通常运用硝酸锂添加剂来处理上述疑问，但是硝酸锂、炭黑、单质硫共存的电池体系存在安全隐患。
    不过，现在这一局势有望大幅改观。中科院大连化学物理研讨所储能技能研讨部研讨员张华民、李前锋和副研讨员张洪章团队，计划、制备出一款不含硝酸锂的高功能电解液，完成了在锂硫电池器材中的运用，这给锂硫电池电解液资料的计划制备带来了新思路。
    那么这款高功用电解液有哪些技能上的打破、锂硫电池的优势以及远景怎么，环绕这些疑问，记者专访了张华民。
    高功用电解液问世
    记者：您地点的团队计划、制备出这款电解质溶液，其功用优势有哪些？
    张华民：首要，克己电解液的安全性好。此前锂硫电池用的电解液富含许多的硝酸锂，其与碳硫复合物混合时，成分与“黑火药”相似，因而存在很大的燃爆风险。咱们团队研制的电解液不含硝酸锂，安全性愈加优异。
    其次，克己电解液的安稳性好。研制的电解液能够使锂硫电池接连安稳循环30次以上，依照一天充放电一次的运用方法，该电池能够确保无人飞机长达1个月的不间断翱翔。这一功用归于现在戳穿报导的最佳功用。
    再次，克己电解液的容量表现好。研制的电解液选用二氧戊环（DOL）作为溶剂，初度完成了较高的容量表现，使锂硫电池在0.2C的敏捷充放电过程中仍然到达350Wh/kg的能量密度。
    记者：取得电解液资料研讨翻开，前后用时多久
    张华民：电解液是挑选锂硫电池功用的要害资料之一，是锂硫电池技能翻开的瓶颈技能。自2013年10月，团队开始将电解液作为首要打破点，致力于开宣告安全性好、运用寿数长的锂硫电池。到2016年8月，团队在电解液范畴取得初步翻开，研制出一类不含硝酸锂的高功用电解液，并在大容量（4—60Ah）锂硫电池中取得成功运用，研制历时2年零10个月。
    技能攻关锂硫电池应战
    记者：团队在电池技能方向上，专攻哪些技能方向
    张华民：现在，大连化物所储能技能研讨部在电池范畴的研讨首要侧重三个方向：一是大规模、固定式电池储能技能,包含全钒液流电池、锌溴液流电池、锌镍液流电池及铅碳电池；二是高比能、动力电池技能，如锂硫电池。研讨重点是开发电池要害资料，例如电解液、碳硫复合物、隔阂等。三是可在环境温度零下40℃—零上50℃工作的全天候，高能量密度、高放电倍率电池。
    记者：在锂硫电池范畴，团队都做了哪些竭力和打破？
    张华民：研讨团队以锂硫电池器材的工业化为方针，对捆绑锂硫电池翻开的要害资料（正极、负极、隔阂、电解液）及要害技能（电极涂覆、电池设备、电池化成等）翻开了翔实的研讨，并取得相应的打破。
    例如，在正极资料方面，开宣告比表面积2300m2/g,孔容为8cm3/g的高功用多孔碳资料，并经过独创的“相转化”成型技能，制成具有一起“三接连”构造的锂硫电池电极；在隔阂资料方面，开宣告具有纳米级离子传输孔道的离子挑选透过隔阂；在电池器材方面，制成30Ah以上级锂硫一次电池，能量密度到达900Wh/kg以上。
    记者：锂硫电池现在在技能上还面对哪些瓶颈，下一步团队将在哪方面持续竭力？
    张华民：锂硫电池现在还存在许多技能应战。咱们团队将在三个方面持续竭力：持续前进锂硫电池的循环运用寿数；持续前进锂硫电池的安全性；开宣告能量密度跨越1200Wh/kg的锂硫一次电池。
    锂硫将来翻开空间大
    记者：在业界看来，现在锂硫电池具有较高的能量密度和低价的本钱，是储能范畴的首要研讨方向，能详细谈谈吗？
    张华民：首先看锂硫电池的能量密度。在已知的电池负极资猜中，金属锂的电位最负、比容量较大。在已知的正极资猜中，单质硫的电位适中、比容量也较大。锂硫电池是将金属锂和单质硫组成电池，其理论比能量能够到达2600Wh/kg，是现在商品化锂离子电池理论比能量的3—5倍。做成电芯商品后，锂硫电池的实践能量密度仍然能够到达300—900Wh/kg的较高水平，而商品化锂离子动力电池的能量密度仅为100—200Wh/kg。即便将锂离子电池的负极换成金属锂，其能量密度仍然大幅低于锂硫电池。因而，锂硫电池具有很大的技能吸引力，是当时储能范畴的首要研讨方向。其次，关于锂硫电池的本钱。资料本钱低价是锂硫电池的固有优势。依据现有产业化的电芯组成和技能条件，能够预算不一样电池电芯原资料本钱报价。
    对锂硫电池来说，正极资料首要为碳硫复合物，本钱十分低，本钱首要来自于金属锂和电解液。锂硫电池的电解液用量占电芯质量的30%—50%，是锂离子电池的2—3倍。跟着电池正负极功能的进步，锂硫电池所需电解液的用量将大幅下降，本钱会进一步下降。依据咱们实验室6Ah软包装锂硫电池预算，电芯本钱约为0.21元/Wh，与以金属锂为负极、以富锂锰资料为正极的金属锂离子电池附近，但是比现在商业化锂离子电池的本钱低得多。
    但是，用户在挑选电池的过程中，思考的不仅是其瓦时本钱，还需求思考其循环寿数。现在为止，美国SionPower公司（锂硫电池领军公司）开发的400Wh/kg的、以金属锂为负极的锂离子电池在160次循环的能量剩下为50%，这与以石墨为负极的锂离子电池数千次的循环寿数相差甚远。假如核算单次循环本钱，锂硫电池的本钱优势并不显着。因而，从运用本钱的视点思考，锂硫电池的循环寿数仍需求进一步进步。
    记者：现在锂硫电池还处于实验室期间，在您看来，锂硫电池什么时候能完成量产，将来开展空间怎么？
    张华民：锂硫电池涉及许多技能疑问，如循环寿数短、金属锂稳定性差、电解液易燃等。跟着这些疑问不断得到处理，锂硫电池的运用范畴也将不断得到拓展。
    现在，锂硫一次电池的比能量现已到达900Wh/kg，能够在一些范畴取得运用。但是，锂硫二次电池的循环寿数还很短，还不到锂离子电池的1/10，尚需求经历适当长的开展历程。
    从实用视点讲，锂硫电池有可能首先在对比能量请求较高的无人机等范畴取得运用，并逐渐向电动车范畴拓展。该电池的开展空间很大，但技能应战与开展机会并存。