張久俊院士：鋰硫電池或將加速實(shí)現產(chǎn)業(yè)化
“進(jìn)一步開(kāi)發(fā)包括鋰離子電池、鋰硫電池等在內的液態(tài)和固態(tài)鋰電池工藝，是實(shí)現動(dòng)力電池500Wh/Kg能量密度目標的必要策略?！?/p>
福州大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院院長(cháng)、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(dòng)力電池應用國際峰會(huì )(CBIS2022)上如是說(shuō)。
會(huì )上，張久俊在《高能鋰電池與鋰硫電池發(fā)展：現狀、挑戰、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)展趨勢及其團隊相關(guān)研發(fā)成果。
據張久俊介紹，“目前全球汽油和柴油汽車(chē)總量約為18億輛，在“雙碳”背景下，汽車(chē)行業(yè)將加快能源轉型的步伐，預計到2040年，全球電動(dòng)汽車(chē)數量將達到6億輛。這也意味著(zhù)其核心組件——動(dòng)力電池，將繼續保持高速增長(cháng)態(tài)勢?！?/p>
就目前動(dòng)力電池存在的主要問(wèn)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、快充性能、溫度范圍、資源環(huán)境影響、成本這十個(gè)方面進(jìn)行改善。
其中，張久俊強調，“對于動(dòng)力電池而言，能量密度是研發(fā)最關(guān)注的指標之一，也被認為是技術(shù)更新?lián)Q代的一個(gè)重要標志?！?/p>
2022年動(dòng)力電池能量密度超過(guò)300Wh/kg，據張久俊介紹，有研究預測到2030年將達到500Wh/kg，這個(gè)指標也是目前鋰離子電池行業(yè)奮斗的一個(gè)目標。
就下一代動(dòng)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(xiàn)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(lái)鋰空電池也有發(fā)展空間。到2030年電池能量密度將達500Wh/kg，系統能量密度將達300Wh/kg，價(jià)格將達到60元/kWh，循環(huán)壽命達到3400次。
張久俊表示，高能量密度的全固態(tài)鋰電池是未來(lái)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(gè)方面，但目前來(lái)看，實(shí)現大規模產(chǎn)業(yè)化難度不小。
在未來(lái)可能達到500kWh/kg能量密度的鋰電池中，張久俊認為除了全固態(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合物，隔膜、電解質(zhì)和負極是金屬鋰，或者預鋰化的負極，總體結構和鋰離子電池相似?！?/p>
張久俊指出鋰硫電池四大焦點(diǎn)問(wèn)題：硫的電導率較低；正極充放電時(shí)硫的體積發(fā)生膨脹；反應產(chǎn)生硫化鋰化合物或聚合物，出現穿梭效應使得鋰電極失效，電池性能衰減；鋰負極安全性不足。為了改善上述問(wèn)題，張久俊介紹了團隊在硫正極、隔膜、電解質(zhì)、負極領(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(kāi)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(lái)，鋰硫電池也有望達到500kWh/kg目標，或將加速實(shí)現產(chǎn)業(yè)化?！?/p>
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