下一代鋰電池可能有鎢

在風聲水起的新能源汽車領域，誰掌握了動力電池，誰就掌握了新能源汽車的核心技術。而在眾多動力電池技術的研發中，固態鋰電池被當成是下一個風口，在全球多位頂級專家學者，數家科研機構、企業，以及大量湧入的研發資金支撐下，圍繞著固態鋰電池這一戰略制高點，進行專利研究和技術儲備。

毫無疑問，鋰離子電池最近一個時期仍將是動力、消費電子和中小規模儲能的最好選擇。按照我國《節能與新能源汽車技術路線圖》，到2020年，純電動汽車動力電池的能量密度目標為 300Wh/kg，2025 年目標為 400Wh/kg，2030年目標為 500Wh/kg。顯然，不論是磷酸鐵鋰電池還是三元鋰電池，能量密度已經達到了理論極限，難以堪此大任。

也因此，研究者將研究方向轉向了鋰離子電池之外的二次電池體系——固態鋰電池體系。這其中，鋰硫電池是一種具有高能量密度的電池體系，其理論能量密度高達2600Wh/Kg，遠高於其他鋰離子電池體系。通常，鋰硫電池採用單質硫或硫基複合材料作為正極，金屬鋰作為負極。因為單質硫具有理論比容量高（1675mAh/g）、價格低、儲量豐富、環境相對友好等優點，具有廣泛的應用前景。

但是，鋰硫電池也存在著一些固有缺陷問題：1）單質硫在室溫下為電子和離子的絕緣體，單質硫的絕緣性會導致硫活性物質利用率低、倍率性能差；2）在充放電過程中，電池內部生成易溶於電解液的多硫化鋰，形成所謂的“穿梭效應”。 “穿梭效應”會導致硫活性物質的不可逆損失、電化學可逆性差以及容量衰減快等現象，從而導致電池迴圈壽命短。針對這一現狀，研究人員更傾向于使用硫基複合材料來解決這一問題，常規的正極硫基複合材料研究以碳系為主，例如石墨烯、介孔碳複合材料等，總體認為介孔碳複合材料的綜合效果優於石墨烯，不過最近關於硫基正極複合材料的研究又有了升級版，有研究人員添加使用了磷鎢酸，並取得了優於介孔碳複合材料的效果。

磷鎢酸鹽材料（H₃PW₁₂O₄₀)熱穩定性高，結構和組成上具有多樣性，能夠進行可逆的、連續的多電子氧化還原，對電子和質子具有傳輸和儲備能力，為硫正極材料的充放電迴圈過程提供穩定的結構。有鑒於磷鎢酸巨大的作用，研究人員將其加入鋰硫電池正極中，與單質硫組成納米微球磷鎢酸鹽/硫正極材料。

研究人員將納米微球磷鎢酸鹽與硫單質球磨混合，採用熔融法將單質硫擴散到納米微球磷鎢酸鹽材料的孔道與表面，形成納米微球磷鎢酸鹽/硫複合材料，再以石墨烯為導電劑，通過工藝組成鋰硫電池的正極。

深入研究發現，合成的納米微球磷鎢酸鹽材料具有結構和組成上的多樣性，高的熱穩定性，能夠進行可逆的、連續的多電子氧化還原，對電子和質子具有傳輸和儲備能力，為硫正極材料的充放電迴圈過程提供穩定的結構。研究還發現，納米微球磷鎢酸鹽材料相對于現有的介孔炭材料具有更豐富的孔道結構、更高的孔隙率，能更有效提高了硫在正極中含量，加上布朗斯特酸性作用，磷鎢酸對多硫離子具有較強的化學吸附作用，同時豐富的孔道結構對硫具有物理限制作用，有效的改善了鋰硫電池的迴圈壽命和倍率性能。

還在為鈷漲價煩惱？確實，中國鈷金屬在2016、2017年連續處於瘋漲狀態，而最近，剛果（金）再次調高了礦產出口稅率，這將導致鈷礦的採購成本進一步增加，如此下去，三元電池的競爭力和市場空間將近一步減弱和壓縮，人們將加快研發新材料的進度或者升級現有電池技術。在新興產業上，誰能看得更遠，誰能掌握最先進的技術，誰就能占得先機，在鋰離子電池體系，鋰硫固態電池最有可能成為取代三元電池的下一個新體系。而正極材料的性能是決定鋰硫電池放電比容量及迴圈性能的重要因素，目前，對鋰硫電池的研究目的在於提高其實際比容量和迴圈性能，鎢能不能有所作為，我們拭目以待。

• < 前一頁
• 下一個 >