鋰硫電池的發(fā)展歷程
作為一種高效的儲(chǔ)能系統(tǒng)，從各種電子產(chǎn)品到電動(dòng)汽車，再到電網(wǎng)規(guī)?；芰看鎯?chǔ)的擴(kuò)展應(yīng)用，鋰電池正在越來越多地參與到能源生態(tài)演變這一重要進(jìn)程中。過去幾十年鋰離子電池（LIBs）一直占據(jù)著主導(dǎo)地位，然而它的高成本和越來越接近理論極限的現(xiàn)狀以及在我國(guó)的十三五規(guī)劃中，提到的在2020年時(shí)將電池的容量提升到500Wh/kg，這些市場(chǎng)形勢(shì)和政策走向，使得學(xué)術(shù)界和工業(yè)界都在尋求超越鋰離子嵌入的新型化學(xué)儲(chǔ)能電池，以滿足不斷增長(zhǎng)的能源需求。按照目前的進(jìn)度來看，基于全新能量轉(zhuǎn)化機(jī)制的鋰硫（Li-S）電池摘得頭籌的可能性比較大。
鋰硫電池在世界舞臺(tái)的現(xiàn)狀：
近年來，國(guó)內(nèi)外各大高校、研究院所、電池類實(shí)驗(yàn)室/公司等都在開展鋰硫電池的研發(fā)。
在國(guó)外
其中國(guó)外的鋰硫電池研發(fā)以O(shè)xis和SionPower公司最為著名。SionPower公司研發(fā)的鋰硫電池主要涉及4個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域，分別是無(wú)人機(jī)和地面車輛、軍用便攜式電源和電動(dòng)車。該公司在2010年將鋰硫電池應(yīng)用于大型無(wú)人機(jī)，打破了三項(xiàng)無(wú)人機(jī)飛行世界記錄：飛行高度2萬(wàn)米以上、連續(xù)飛行時(shí)間14天、工作溫度最低-75℃。
2009年，SionPower公司獲得美國(guó)能源部80萬(wàn)美元的資金資助，以開發(fā)一種鋰硫電池用的新型電解質(zhì)。2010年又獲得APPA-E500萬(wàn)美元資助以開發(fā)電動(dòng)車用鋰硫電池。2011年，德國(guó)BASF公司以5000萬(wàn)美元收購(gòu)了SionPower公司股權(quán)。
2014年，空中客車公司（AIRBUS）的“西風(fēng)7”無(wú)人機(jī)依靠鋰硫電池實(shí)現(xiàn)了不間斷飛行11天的記錄。而目前鋰離子電池是無(wú)法實(shí)現(xiàn)讓無(wú)人機(jī)在高空低溫環(huán)境下長(zhǎng)時(shí)間滯空。因此，鋰硫電池未來會(huì)首先應(yīng)用于無(wú)人機(jī)領(lǐng)域，尤其是對(duì)未來超長(zhǎng)航時(shí)無(wú)人機(jī)的發(fā)展會(huì)起到極大的促進(jìn)作用。
2014年，空中客車公司的“西風(fēng)7”無(wú)人機(jī)依靠鋰—硫電池不間斷地飛行了11天/圖來源：AIRBUS
目前英國(guó)Oxis公司正與牛津大學(xué)、劍橋大學(xué)和俄羅斯科學(xué)院合作開發(fā)聚合物鋰硫電池，主要應(yīng)用于航空和電動(dòng)車市場(chǎng)。現(xiàn)已與部分歐洲合作商簽訂電動(dòng)車用鋰硫電池的采購(gòu)合同。
在國(guó)內(nèi)：
國(guó)內(nèi)各大科研機(jī)構(gòu)近日在鋰硫電池的研究上也取得了一些進(jìn)展。
據(jù)報(bào)道，近日中科院大連化物所在鋰硫二次電池技術(shù)研發(fā)中取得新進(jìn)展，所研制的能量型鋰硫電池的比能量經(jīng)第三方按照國(guó)軍標(biāo)要求的安全測(cè)試，從之前的520Wh/kg、570Wh/kg到609Wh/kg，刷新了二次電池比能量在同領(lǐng)域的領(lǐng)先位置。此次新研制的能量型鋰硫電池，還展示出了優(yōu)異的環(huán)境適應(yīng)性：在-20℃的環(huán)境中，放電比能量達(dá)到400Wh/kg;在-60℃的極寒環(huán)境中仍可工作，表現(xiàn)出了顯著優(yōu)于鋰離子電池的低溫性能。此外，新研制的功率型鋰硫二次電池的持續(xù)放電倍率大于4C，脈沖可達(dá)10C。目前由中科院大連化物所研制開發(fā)的鋰硫電池組已完成了與太陽(yáng)能無(wú)人機(jī)的全系統(tǒng)地面聯(lián)試，取得良好效果，通過了用戶驗(yàn)收。
鋰硫電池商業(yè)化的可能性
鋰硫電池是以硫元素作為電池正極，金屬鋰作為負(fù)極的一種鋰電池。利用硫作為正極材料，是因?yàn)槠洳牧侠碚摫热萘亢碗姵乩碚摫饶芰糠謩e高達(dá)1675mAh/g和2600Wh/kg，遠(yuǎn)高于商業(yè)上廣泛應(yīng)用的鈷酸鋰電池（《150mAh/g）。更重要的一點(diǎn)是，封閉的Li-S系統(tǒng)與LIB類似，在電池制造方面，從LIB到Li-S電池的轉(zhuǎn)換更簡(jiǎn)單有效，從而使其比開放鋰-空氣系統(tǒng)更具商業(yè)可行性。鋰硫電池的最新進(jìn)展正在開始使其商業(yè)化成為可能。
另外，從經(jīng)濟(jì)性角度來看，硫（S）不僅對(duì)環(huán)境及人類影響極小，而且是地球上豐度最高的元素之一，它目前的均價(jià)僅為$0.25/kg，而這還不足LiCoO2（均價(jià)為$40/kg）價(jià)格的百分之一。同時(shí)，由于硫的易升華及反應(yīng)產(chǎn)物易溶解特性，在傳統(tǒng)正極材料中回收硫比回收金屬更加符合成本效益。這些優(yōu)點(diǎn)使Li-S電池相對(duì)于LIBs而言擁有巨大的成本優(yōu)勢(shì)。就大規(guī)模的儲(chǔ)能裝置方面來看，成本的控制顯得尤為重要，每個(gè)電池單元成本節(jié)省的積累，對(duì)于建立和推廣固定式儲(chǔ)能電池帶來了巨大的經(jīng)濟(jì)利益。由此看來，鋰硫電池是一種非常有前景的新型鋰電池。
鋰硫電池發(fā)展前景
超柔性鋰硫電池問世 電池市場(chǎng)打開新天地
隨著新能源汽車市場(chǎng)的打開，上游電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展也面臨著巨大的發(fā)展機(jī)遇，新能源汽車對(duì)于安全性能和高能量密度的需求也越來越高，具有能量密度高、容量大、環(huán)保的鋰硫電池獲得較高的關(guān)注度，市場(chǎng)前景廣闊。而且，隨著移動(dòng)設(shè)備、電動(dòng)汽車和智能電網(wǎng)的飛速發(fā)展，將會(huì)獲得更加廣闊的發(fā)展前景。
中國(guó)工程院院士、北京理工大學(xué)教授吳峰日前介紹說，鋰硫電池能量密度已經(jīng)達(dá)到545Wh/kg。這對(duì)于鋰硫電池滿足新能源汽車未來發(fā)展需求有較大的助力，其環(huán)保友好的特性讓電池廠商不得不考慮其較高的性價(jià)比。
嚴(yán)格來講，鋰硫電池是鋰電池的一種，是以硫元素作為電池正極，金屬鋰作為負(fù)極的鋰電池，商用價(jià)值較高。超柔性鋰硫電池的問世，更增強(qiáng)了鋰硫電池的競(jìng)爭(zhēng)力，滿足柔性設(shè)備的多種應(yīng)用，打開了電池市場(chǎng)的新天地。柔性軟包的構(gòu)建可以促進(jìn)柔性電子的發(fā)展，同時(shí)也為負(fù)極材料的選擇提供了新思路，有助于解決工業(yè)化和實(shí)際應(yīng)用中金屬鋰負(fù)極材料的安全問題。
動(dòng)力電池競(jìng)爭(zhēng)不斷 誰(shuí)主沉浮
隨著動(dòng)力電池市場(chǎng)格局的不斷變化，電池廠商也在不斷尋找適應(yīng)市場(chǎng)需求的電池類型。不管是三元鋰電池、磷酸鐵鋰等鋰電池的發(fā)力，還是新型新能源氫燃料的緊急追趕，抑或是當(dāng)下鋰硫電池的發(fā)展，動(dòng)力電池市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)此起彼伏，能充分滿足新能源汽車的市場(chǎng)需求，才是贏得這場(chǎng)“戰(zhàn)役”的關(guān)鍵所在。
相比之下，三元鋰電池容量大、能量密度大，但安全穩(wěn)定性讓人擔(dān)憂；磷酸鐵鋰電池安全穩(wěn)定，壽命長(zhǎng)，但低溫環(huán)境下電池容量和放電能力都會(huì)受到影響；氫燃料電池作為新興的能源電池，環(huán)保、續(xù)航里程長(zhǎng)，但其安全性尚未得到有效解決；鋰硫電池性價(jià)比較高，環(huán)保性能好、能量密度高、成本低，能否在一眾電池中脫穎而出，也是讓人充滿期待的。
近年來，國(guó)內(nèi)外企業(yè)、高校和科研院所都對(duì)鋰硫電池展開不懈的研究，也逐漸取得不錯(cuò)的成績(jī)。英國(guó)OXIS能源公司2018年10月宣布成功研發(fā)出能量密度為425Wh/kg的鋰硫電池，并將該電池應(yīng)用于高海拔衛(wèi)星，未來或許還將涉足無(wú)人機(jī)領(lǐng)域。在國(guó)內(nèi)，2018年初，中科院大連化物所陳劍團(tuán)隊(duì)在鋰硫二次電池技術(shù)研發(fā)的能量型鋰硫電池比能量提升至609Wh/kg，再次刷新二次電池比能量記錄。
不得不說，鋰硫電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展已經(jīng)取得一定的成就，隨著當(dāng)下超柔性鋰硫電池的問世，相信鋰硫電池發(fā)展會(huì)成為電池產(chǎn)業(yè)關(guān)注的熱點(diǎn)，占據(jù)產(chǎn)業(yè)高地，探尋多元化應(yīng)用場(chǎng)景的實(shí)現(xiàn)，任重而道遠(yuǎn)，但商業(yè)化進(jìn)程已經(jīng)開始提速。