張久俊院士：鋰硫電池或?qū)⒓铀賹?shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化
“進(jìn)一步開發(fā)包括鋰離子電池、鋰硫電池等在內(nèi)的液態(tài)和固態(tài)鋰電池工藝，是實(shí)現(xiàn)動力電池500Wh/Kg能量密度目標(biāo)的必要策略。”
福州大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院院長、加拿大皇家科學(xué)院、加拿大工程院及工程研究院院士張久俊，在第七屆動力電池應(yīng)用國際峰會(CBIS2022)上如是說。
會上，張久俊在《高能鋰電池與鋰硫電池發(fā)展：現(xiàn)狀、挑戰(zhàn)、前景》的主旨發(fā)言中聚焦鋰電池痛點(diǎn)，分析了下一代電池的發(fā)展趨勢及其團(tuán)隊相關(guān)研發(fā)成果。
據(jù)張久俊介紹，“目前全球汽油和柴油汽車總量約為18億輛，在“雙碳”背景下，汽車行業(yè)將加快能源轉(zhuǎn)型的步伐，預(yù)計到2040年，全球電動汽車數(shù)量將達(dá)到6億輛。這也意味著其核心組件——動力電池，將繼續(xù)保持高速增長態(tài)勢。”
就目前動力電池存在的主要問題，張久俊指出需要從能量密度、功率密度、安全特性、循環(huán)壽命、日歷壽命、自放電表現(xiàn)、快充性能、溫度范圍、資源環(huán)境影響、成本這十個方面進(jìn)行改善。
其中，張久俊強(qiáng)調(diào)，“對于動力電池而言，能量密度是研發(fā)最關(guān)注的指標(biāo)之一，也被認(rèn)為是技術(shù)更新?lián)Q代的一個重要標(biāo)志。”
2022年動力電池能量密度超過300Wh/kg，據(jù)張久俊介紹，有研究預(yù)測到2030年將達(dá)到500Wh/kg，這個指標(biāo)也是目前鋰離子電池行業(yè)奮斗的一個目標(biāo)。
就下一代動力電池的發(fā)展趨勢，張久俊表示，從下一代鋰電池發(fā)展路線圖看，目前主流電池技術(shù)包括液態(tài)磷酸鐵鋰、三元等，到2025年可能是固態(tài)電池、鋰硫電池等，未來鋰空電池也有發(fā)展空間。到2030年電池能量密度將達(dá)500Wh/kg，系統(tǒng)能量密度將達(dá)300Wh/kg，價格將達(dá)到60元/kWh，循環(huán)壽命達(dá)到3400次。
張久俊表示，高能量密度的全固態(tài)鋰電池是未來發(fā)展的一大趨勢。全固態(tài)鋰電池的研發(fā)主要包括固態(tài)氧化物、固態(tài)電解質(zhì)、硫化物固態(tài)電解質(zhì)、聚合物電解質(zhì)，以及界面這四個方面，但目前來看，實(shí)現(xiàn)大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化難度不小。
在未來可能達(dá)到500kWh/kg能量密度的鋰電池中，張久俊認(rèn)為除了全固態(tài)電池，還有鋰硫電池、鋰空電池、鋰二氧化碳電池等。
其中，張久俊重點(diǎn)介紹了鋰硫電池，“鋰硫電池正極材料是硫復(fù)合物，隔膜、電解質(zhì)和負(fù)極是金屬鋰，或者預(yù)鋰化的負(fù)極，總體結(jié)構(gòu)和鋰離子電池相似。”
張久俊指出鋰硫電池四大焦點(diǎn)問題：硫的電導(dǎo)率較低；正極充放電時硫的體積發(fā)生膨脹；反應(yīng)產(chǎn)生硫化鋰化合物或聚合物，出現(xiàn)穿梭效應(yīng)使得鋰電極失效，電池性能衰減；鋰負(fù)極安全性不足。為了改善上述問題，張久俊介紹了團(tuán)隊在硫正極、隔膜、電解質(zhì)、負(fù)極領(lǐng)域的研究成果。
張久俊表示，“提高電池能量密度和壽命是電池開發(fā)的研究重點(diǎn)，探索低成本高性能電池電解質(zhì)材料是關(guān)鍵因素，安全性依然是電池技術(shù)的重中之重。未來，鋰硫電池也有望達(dá)到500kWh/kg目標(biāo)，或?qū)⒓铀賹?shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。”
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