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新研发的锂硫电池循环次数高,使用寿命长

一、技术简介

锂硫电池是以硫元素作为电池正极,金属锂作为负极的一种锂电池,是锂电池的一种。其比容量高达1675mAh/g,远远高于商业上广泛应用的钴酸锂电池的容量(<150mAh/g)。同时,硫是一种对环境友好的元素,对环境基本没有污染,是一种非常有前景的锂电池。但是,硫具有不导电、中间产物聚硫锂溶于电解质、体积膨胀严重等缺点,这些问题使得锂硫电池的大规模应用面临诸多挑战,包括安全性、倍率性能和循环稳定性等。

现在的电动汽车大都采用的是磷酸铁锂电池,充放电可以达到1000多次,但续航能力有限,一次充电最多跑300公里。锂硫电池充电一次的续航能力可以翻一番,达到600公里以上。但锂硫电池同样存在缺点,但存在着循环次数不能超过200次的瓶颈。  

经过多年的努力,经过无数次的实验,终于开发出锂硫电池循环次数可提高至1500次以上:利用某种复合材料制成的阴极和离子液体电解质的独特结合,使锂硫电池表现出以前从来没有实现的性能。

证明了该电池可以具有在1C 倍率下超过1500个循环的超长使用寿命。具有优异的比容量:在1C1000个循环后在0.05C下约846mAh/g,且在1C1500个循环后在0.02C下约740mAh/g。还证明了该电池可以在高达6C倍率下放电并在高达3C倍率下充电,同时在较低的C倍率 (通常为0.1-0.5C)下仍然保持比容量 ( 6C下约800mAh/g)远高于当前用于锂离子电池的阴极材料的那些比容量 (130-200mAh/g)

本项目研制的锂硫电池其包括:

a) 正极,其包括导电碳材料、硫或由硫组成的电化学活性正极材料、或至少部分纤维状的塑料;

b) 负极,包括涂覆有硅或锡的导电基材;

c) 布置在正极和负极之间的含有锂的液体电解质、凝胶电解质或固体电解质。


二、技术优势

本项目锂硫电池相比现今国内外研制的锂硫电池具有的优势:

1、相比现有技术的锂硫电池可以实现大于1050mAh/g甚至大于1500mAh/g 的比容量以及大于4mAh/cm2 的表面比能量

2、本项目锂硫电池具有几乎完美的放电效率,超过1000次的充电放电循环时还保持在最大值,而现今其他的锂硫电池在循环的过程中充电效率是明显下降的;本项目的锂硫电池的电容量在1500次循环后,电容量相对于硫的质量仍为400mAh/g,仍为磷酸铁锂电池初始电容量的三倍多。

3、本项目锂硫电池具有简单的构造和相对低的重量


目前公开报道的锂硫电池有以下几个:

1)史丹佛大学的研究团队研制的锂硫电池比能量在 630Wh/kg,不过该电池只能重复充电40-50次,相对于一般锂电池300-500次是非常不及格的程度。

2)南京工业大学和新加坡高校合作研制的锂硫电池,其循环次数提高至800次。

3)中国科学院大连化学物理研究所研制的锂硫电池比能量在 500-600Wh/kg,经过1000次循环后,平均每次循环的容量衰减仅为0.039%

而本项目的锂流电池比能量在850-900Wh/kg,经过1500次循环次后,平均每次循环的容量衰减仅为0.035%。经过500次的循环次数比能量仍然在700 Wh/kg左右,可使电动汽车的行驶里程数达到600公里以上

注:比能量:单位质量的电极材料储存和释放电能的大小,比能量越高,则储存和释放的电能越多。当锂硫电池的能量密度达到600Wh/kg,电动汽车续航里程超过500公里。