杨裕生院士：要注重开展安全又高能的硫锂离子电池

  日期：2024-11-16 作者: 开云登录网页

  硫锂离子电池的全称是“以有机高分子硫化物为正极的锂离子电池”。正如无机物为正极资料的锂离子电池脱胎于锂电池相同，硫锂离子电池是从锂硫电池开展而来的，意图都是为客服原有电池安全性不高、寿数不长的缺陷。与无机正极资料磷酸铁锂、钴酸锂等锂盐不同的是，这类有机硫化物不含锂，所以负极中要预置精确核算量的金属锂，既满意电池初次放电的需求，放电后又没有剩下的金属锂。

  到现在，硫锂离子电池的开展还未得到满足的注重。未来，咱们咱们都期望它能够和磷酸铁锂、三元资料等其他正极的锂离子电池一同，作为锂离子电池未来开展的方向，在开展中发挥各自优势，拓宽最能发挥各自效果的广大运用场景。

  进步比能量是电池的永久课题。当然，进步电池比能量有必要以“安全榜首”为条件，一同考虑本钱和寿数。

  削减非含能物质的分量是进步电池比能量的常用办法，而最重要的主道是创造比能量高的电池新系统。其间，进步电池电压和电极资料比容量是进步电池比能量的根本途径。

  现在锂离子电池负极物质的比容量已很高，电位也已很低，而颇具潜力的是寻觅电位高或比容量高的正极资料。所以，锂离子电池的研讨形成了两个方向，一是以进步正极电位为主；二是以进步正极比容量为中心。

  榜首个方向以三元锂离子电池为代表，其正极资料为镍-钴-锰混合氧化物的锂盐；进步镍的含量，三者的比例由333改变为523、622、811，能够逐步加深充电深度而将更高比例的锂转移到负极，然后进步正极电位，比容量也相应有所进步。可是，电位越高的正极有越强的氧化性，在必定条件下会氧化电池中的有机物质，放出很多化学熱，电池内一同具有焚烧三要素“燃料-助燃剂-温度”，所以发生热失控而形成焚烧，乃至爆破。未处理安全问题，呈现了全固态电解质代替有机电解液用以传导锂离子的想象全固态锂离子电池。在笔者看来，这是个值得研讨但难度很大的课题。

  第二个方向的代表为硫锂离子电池，正极资料选用高比容量有机硫化物，其储能单元主要为有机硫化物中的硫硫键，也或许包括有机结构中的双键；负极和电解液可运用现有锂离子电池的一切相关资料，负极再加金属锂。此类正极资料的特点是比容量高（大于500毫安时/克），补偿了电位低（对锂不到2伏）的缺乏；电池的比能量高于磷酸铁锂电池而与三元锂离子电池适当，却不会发生电池中其他有机物的氧化而发生化学热，所以电池安全性高。一同，电池中不需镍钴等我国稀缺的元素，而所用碳、氮、硫元素资源无限；既可做成储能电池，也可做成动力电池，用处广大；还可不作大的变动用钠或钾代替锂，做成钠离子电池或钾离子电池，比能量尽管比锂离子电池低些，但资源更丰厚。

  上述锂离子电池研制的两个方向，各有优势和难点，做好了都有开展前途，应该双管齐下，在开展中比赛，相互促进，最后由商场当裁判员。

  咱们首要于2014年宣布文章，以比能量520mAh/g的硫化碳炔为正极资料，验证了硫锂离子电池新思路的可行性，继而又于2017年报导以比能量近700mAh/g的硫化聚丙烯腈为正极资料的硫锂离子电池新系统。硫锂离子电池现在最看好的正极资料便是硫化聚丙烯腈。

  硫化聚丙烯腈是2002年上海交通大学化学化工学院研讨员王久林等首要提出的“导电高分子与硫的复合物”，意图是代替“优缺陷两端冒尖”的单质硫用作锂硫电池的正极资料。

  20多年来，国内外研讨硫化聚丙烯腈者众，宣布论文不少，但至今未见用它做成量产的电池，剖析其原因或许有四：一是三元锂离子电池等用于电动车而迅猛开展，先声“夺人”。二是电池界多了解无机化学而较少熟识有机资料。三是从开端起，硫化聚丙烯腈就与金属锂配成锂硫电池，比能量虽高，但留下枝晶引起安全及循环寿数短的成见。四是进口质料聚丙烯腈试剂贵达3300元100克，很多收购也要1万元1公斤。

  首要，咱们提出“硫锂离子电池”新系统后，硫化聚丙烯腈不必再与金属锂配成锂硫电池，而是改做锂离子电池，安全性高又高能。

  其次，电池“安全榜首”的准则逐步家喻户晓，开端改变片面追求高比能量的倾向，高安全性电池日益受到注重。

  再次，咱们搞清了国产聚丙烯腈质料功能较差的原因，组织生产的新聚丙烯腈，质量与进口产品相同，而价格低于进口品的1/300，为其很多运用拓荒了大路。

  四是镍钴资源问题凸显，价格受控于人，不必镍钴的硫锂离子电池更合适我国国情。

  硫锂离子电池是个新品种，需求持续研讨的科学技术课题不少，尤其是新的高比容量正极资料有着广大的立异六合，有机物改变万千，或许规划出许多新的储能结构。特别期望有机化学家介入，开发出新的优异的有机高分子化合物，经过调控结构进步放电电压、导电性、充放电速率，一同创立“储能高分子”新分支学科。

  加强硫锂离子电池开展力度，首要要广为介绍它，让更多业界外人士知道它的长处、远景和对我国国情的高度合适性。二要政府有关部门注重硫锂离子电池，将它放到与全固态锂离子电池相同的支撑位置。三要提示电池企业捉住机遇及早介入此新技术，为企业的开展把握新生产力。四要现有硫化聚丙烯腈研讨者活跃转化自己的研讨成果，自动与企业协作完成电池的工程化开发。

  咱们应该有决计和决心，一同尽力，让发源于我国、安全又高能的硫离子电池和廉价又长命的硫化聚丙烯腈，从始至终坚持世界领先的水平，为国家的现代化建设作出应有的奉献。