下一代锂电池可能有钨

在风声水起的新能源汽车领域，谁掌握了动力电池，谁就掌握了新能源汽车的核心技术。而在众多动力电池技术的研发中，固态锂电池被当成是下一个风口，在全球多位顶级专家学者，数家科研机构、企业，以及大量涌入的研发资金支撑下，围绕着固态锂电池这一战略制高点，进行专利研究和技术储备。

毫无疑问，锂离子电池最近一个时期仍将是动力、消费电子和中小规模储能的最好选择。按照我国《节能与新能源汽车技术路线图》，到2020年，纯电动汽车动力电池的能量密度目标为 300Wh/kg，2025 年目标为 400Wh/kg，2030年目标为 500Wh/kg。显然，不论是磷酸铁锂电池还是三元锂电池，能量密度已经达到了理论极限，难以堪此大任。

也因此，研究者将研究方向转向了锂离子电池之外的二次电池体系——固态锂电池体系。这其中，锂硫电池是一种具有高能量密度的电池体系，其理论能量密度高达2600Wh/Kg，远高于其他锂离子电池体系。通常，锂硫电池采用单质硫或硫基复合材料作为正极，金属锂作为负极。因为单质硫具有理论比容量高（1675mAh/g）、价格低、储量丰富、环境相对友好等优点，具有广泛的应用前景。

但是，锂硫电池也存在着一些固有缺陷问题：1）单质硫在室温下为电子和离子的绝缘体，单质硫的绝缘性会导致硫活性物质利用率低、倍率性能差；2）在充放电过程中，电池内部生成易溶于电解液的多硫化锂，形成所谓的“穿梭效应”。 “穿梭效应”会导致硫活性物质的不可逆损失、电化学可逆性差以及容量衰减快等现象，从而导致电池循环寿命短。针对这一现状，研究人员更倾向于使用硫基复合材料来解决这一问题，常规的正极硫基复合材料研究以碳系为主，例如石墨烯、介孔碳复合材料等，总体认为介孔碳复合材料的综合效果优于石墨烯，不过最近关于硫基正极复合材料的研究又有了升级版，有研究人员添加使用了磷钨酸，并取得了优于介孔碳复合材料的效果。

磷钨酸盐材料（H3PW12O40)热稳定性高，结构和组成上具有多样性，能够进行可逆的、连续的多电子氧化还原，对电子和质子具有传输和储备能力，为硫正极材料的充放电循环过程提供稳定的结构。有鉴于磷钨酸巨大的作用，研究人员将其加入锂硫电池正极中，与单质硫组成纳米微球磷钨酸盐/硫正极材料。

研究人员将纳米微球磷钨酸盐与硫单质球磨混合，采用熔融法将单质硫扩散到纳米微球磷钨酸盐材料的孔道与表面，形成纳米微球磷钨酸盐/硫复合材料，再以石墨烯为导电剂，通过工艺组成锂硫电池的正极。

深入研究发现，合成的纳米微球磷钨酸盐材料具有结构和组成上的多样性，高的热稳定性，能够进行可逆的、连续的多电子氧化还原，对电子和质子具有传输和储备能力，为硫正极材料的充放电循环过程提供稳定的结构。研究还发现，纳米微球磷钨酸盐材料相对于现有的介孔炭材料具有更丰富的孔道结构、更高的孔隙率，能更有效提高了硫在正极中含量，加上布朗斯特酸性作用，磷钨酸对多硫离子具有较强的化学吸附作用，同时丰富的孔道结构对硫具有物理限制作用，有效的改善了锂硫电池的循环寿命和倍率性能。

还在为钴涨价烦恼？确实，中国钴金属在2016、2017年连续处于疯涨状态，而最近，刚果（金）再次调高了矿产出口税率，这将导致钴矿的采购成本进一步增加，如此下去，三元电池的竞争力和市场空间将近一步减弱和压缩，人们将加快研发新材料的进度或者升级现有电池技术。在新兴产业上，谁能看得更远，谁能掌握最先进的技术，谁就能占得先机，在锂离子电池体系，锂硫固态电池最有可能成为取代三元电池的下一个新体系。而正极材料的性能是决定锂硫电池放电比容量及循环性能的重要因素，目前，对锂硫电池的研究目的在于提高其实际比容量和循环性能，钨能不能有所作为，我们拭目以待。（中钨在线：伟平）

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