张久俊院士:锂硫电池即将掀起新一轮电池革命


来源:新华报业网

[导读]  在宁德时代、LG化学、国轩高科等电池制造大户们兵戎相见时,另一条技术线路的电池正悄然跨步发展,或者可以这样说,一旦商业化颠覆现有电池产业格局或许只是一夜间的事。

作为纯电动汽车三大核心部件之一的动力电池,从开始运用至今,一直充满着技术线路的争执,从钛酸锂电池,到磷酸铁锂电池、三元锂电池,各有优劣,但不可否认的是每一种类型电池的出现,不仅是对技术的追求,更是背后产业链的博弈。


在宁德时代、LG化学、国轩高科等电池制造大户们兵戎相见时,另一条技术线路的电池正悄然跨步发展,或者可以这样说,一旦商业化颠覆现有电池产业格局或许只是一夜间的事。


张久俊,加拿大皇家科学院院士、加拿大工程院院士、加拿大工程研究院院士,上海大学可持续能源研究院院长,国际电化学能源科学院创始人,2020年入选南京市顶尖专家,在浦口区创立了南京骊电新能源科技,从事锂硫电池的研究与运用开发。



纯电动汽车的续航能力跟动力电池的能量密度相关,从目前新能源汽车推广使用过程中发现,里程焦虑的情况依旧没有得到根本改变。也正因此,无论是此前工信部《汽车产业中长期发展规划》还是新能源汽车补贴中的硬性要求,都对动力电池的能量密度提出了相应要求。而现实是,商业化中能量密度最高的三元锂电池,其能量密度在300Wh/kg,已经达到了极限,很难再有提升空间。


张久俊表示,要想让纯电动汽车在常规路况下能有长续航能力,行业中普遍认为动力电池的能量密度得达到500Wh/kg,而这个数值理论上能实现1000公里。对于这个技术指标,目前锂硫电池和锂空电池在理论上可以达到,其中,锂空电池能量密度更高,理论上能达到3000Wh/kg,但受制于技术水平限制,目前只能在200Wh/kg以下,此外,锂空电池的循环寿命也不够,目前还无法达到商业运用。


但锂硫电池不一样,技术相对成熟,国内目前能达到348Wh/kg,而骊电公司的试样品,已达到500Wh/kg,远超竞争对手。“后面我们还将对电芯的负极进一步研发,同时优化正极。”张久俊表示,事实上,锂硫电池也有天然的劣性,这也是为什么其余研究机构迟迟没有商业化的原因:首先是硫本身在充放电过程体积会膨胀数倍,进而导致容量衰减;其次,在充放电过程中,硫还会产生溶解,使用寿命大打折扣;另外,硫的导电性也很差。当然,这些问题,骊电新能源正优化解决方案,比如说用导电的高聚物材料把硫牢牢捆住等方式。他们所研发的锂硫电池还有一个科技进步的地方,就是循环寿命很高,目前普通锂硫电池的循环寿命在100-200次,他们能达到900次,已符合普通汽车的生命周期。


此外,在锂硫电池的安全性方面,张久俊坦言由于锂枝晶的自然存在,目前业界尚未完全消除这一现象,但他们通过在电芯的正极上使用活跃性相对低的材料、降低电压等方式,提升电池的安全性,“总体来说,安全性比三元锂电池要高多了”。


“锂硫电池从技术、成本等角度上讲离汽车动力电池大规模商业化也只有一步之遥。”张久俊表示,在锂硫电池技术领域中,骊电新能源是离商业化市场最近的一个,预计未来将会成为千亿级的企业。


换条道,或许是一片蓝海


中国,新能源汽车的使用走在全球前沿,按照《新能源汽车产业发展规划(2021-2035)》(以下简称《规划》),到2025年,新能源汽车新车销售量达到汽车新车销售总量的20%左右。这一信号将层层传导下去,无论是汽车主机厂还是配套商,都在依照《规划》调整策略。


对于各地方产业而言,及时抓住政策导向,适时引入头部研发机构、企业,优化产业结构变得尤为重要。在浦口区科技局的《2020 年新能源汽车行业研究报告》看来,《规划》发布之后,主流的动力电池企业对上游资源及材料有较强的主导力,与主机厂也有较为密切的关联,是供给侧的主导核心,从目前发展来看,未来将会向着高能量密度、低成本、快充等技术方向发展。


市场决定一切,要从根本上解决新能源汽车里程焦虑,唯有降低电耗和提升电池能量密度。而原有电池能量密度已达到极限,尝试更换一条线路未尝不可,更何况现有研发机构已做出成品来,即将跨入商业运用。


2021年3月11-12日,由中国粉体网、中国颗粒学会能源颗粒材料专委会主办,长沙矿冶研究院先进材料研究所协办的第二届高比能固态电池关键材料技术大会将在长沙吉美国际会展酒店隆重举行,届时,我们将邀请锂电池行业各路专家与参会嘉宾分享相关研究成果,欢迎各位专家学者积极参会,踊跃报名。



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