鋰硫電池的發展歷程

　　作為一種高效的儲能系統，從各種電子產品到電動汽車，再到電網規模化能量存儲的擴展應用，鋰電池正在越來越多地參與到能源生態演變這一重要進程中。過去幾十年鋰離子電池（LIBs）一直占據著主導地位，然而它的高成本和越來越接近理論極限的現狀以及在我國的十三五規劃中，提到的在2020年時將電池的容量提升到500Wh/kg，這些市場形勢和政策走向，使得學術界和工業界都在尋求超越鋰離子嵌入的新型化學儲能電池，以滿足不斷增長的能源需求。按照目前的進度來看，基于全新能量轉化機制的鋰硫（Li-S）電池摘得頭籌的可能性比較大。

　　鋰硫電池在世界舞臺的現狀：

　　近年來，國內外各大高校、研究院所、電池類實驗室/公司等都在開展鋰硫電池的研發。

　　在國外

　　其中國外的鋰硫電池研發以Oxis和SionPower公司最為著名。SionPower公司研發的鋰硫電池主要涉及4個應用領域，分別是無人機和地面車輛、軍用便攜式電源和電動車。該公司在2010年將鋰硫電池應用于大型無人機，打破了三項無人機飛行世界記錄：飛行高度2萬米以上、連續飛行時間14天、工作溫度最低-75℃。

　　2009年，SionPower公司獲得美國能源部80萬美元的資金資助，以開發一種鋰硫電池用的新型電解質。2010年又獲得APPA-E500萬美元資助以開發電動車用鋰硫電池。2011年，德國BASF公司以5000萬美元收購了SionPower公司股權。

　　2014年，空中客車公司（AIRBUS）的“西風7”無人機依靠鋰硫電池實現了不間斷飛行11天的記錄。而目前鋰離子電池是無法實現讓無人機在高空低溫環境下長時間滯空。因此，鋰硫電池未來會首先應用于無人機領域，尤其是對未來超長航時無人機的發展會起到極大的促進作用。

　　2014年，空中客車公司的“西風7”無人機依靠鋰—硫電池不間斷地飛行了11天/圖來源：AIRBUS

　　目前英國Oxis公司正與牛津大學、劍橋大學和俄羅斯科學院合作開發聚合物鋰硫電池，主要應用于航空和電動車市場。現已與部分歐洲合作商簽訂電動車用鋰硫電池的采購合同。

　　在國內：

　　國內各大科研機構近日在鋰硫電池的研究上也取得了一些進展。

　　據報道，近日中科院大連化物所在鋰硫二次電池技術研發中取得新進展，所研制的能量型鋰硫電池的比能量經第三方按照國軍標要求的安全測試，從之前的520Wh/kg、570Wh/kg到609Wh/kg，刷新了二次電池比能量在同領域的領先位置。此次新研制的能量型鋰硫電池，還展示出了優異的環境適應性：在-20℃的環境中，放電比能量達到400Wh/kg;在-60℃的極寒環境中仍可工作，表現出了顯著優于鋰離子電池的低溫性能。此外，新研制的功率型鋰硫二次電池的持續放電倍率大于4C，脈沖可達10C。目前由中科院大連化物所研制開發的鋰硫電池組已完成了與太陽能無人機的全系統地面聯試，取得良好效果，通過了用戶驗收。

　　鋰硫電池商業化的可能性

　　鋰硫電池是以硫元素作為電池正極，金屬鋰作為負極的一種鋰電池。利用硫作為正極材料，是因為其材料理論比容量和電池理論比能量分別高達1675mAh/g和2600Wh/kg，遠高于商業上廣泛應用的鈷酸鋰電池（《150mAh/g）。更重要的一點是，封閉的Li-S系統與LIB類似，在電池制造方面，從LIB到Li-S電池的轉換更簡單有效，從而使其比開放鋰-空氣系統更具商業可行性。鋰硫電池的最新進展正在開始使其商業化成為可能。

　　另外，從經濟性角度來看，硫（S）不僅對環境及人類影響極小，而且是地球上豐度最高的元素之一，它目前的均價僅為$0.25/kg，而這還不足LiCoO2（均價為$40/kg）價格的百分之一。同時，由于硫的易升華及反應產物易溶解特性，在傳統正極材料中回收硫比回收金屬更加符合成本效益。這些優點使Li-S電池相對于LIBs而言擁有巨大的成本優勢。就大規模的儲能裝置方面來看，成本的控制顯得尤為重要，每個電池單元成本節省的積累，對于建立和推廣固定式儲能電池帶來了巨大的經濟利益。由此看來，鋰硫電池是一種非常有前景的新型鋰電池。

　　鋰硫電池發展前景

　　超柔性鋰硫電池問世 電池市場打開新天地

　　隨著新能源汽車市場的打開，上游電池產業發展也面臨著巨大的發展機遇，新能源汽車對于安全性能和高能量密度的需求也越來越高，具有能量密度高、容量大、環保的鋰硫電池獲得較高的關注度，市場前景廣闊。而且，隨著移動設備、電動汽車和智能電網的飛速發展，將會獲得更加廣闊的發展前景。

　　中國工程院院士、北京理工大學教授吳峰日前介紹說，鋰硫電池能量密度已經達到545Wh/kg。這對于鋰硫電池滿足新能源汽車未來發展需求有較大的助力，其環保友好的特性讓電池廠商不得不考慮其較高的性價比。

　　嚴格來講，鋰硫電池是鋰電池的一種，是以硫元素作為電池正極，金屬鋰作為負極的鋰電池，商用價值較高。超柔性鋰硫電池的問世，更增強了鋰硫電池的競爭力，滿足柔性設備的多種應用，打開了電池市場的新天地。柔性軟包的構建可以促進柔性電子的發展，同時也為負極材料的選擇提供了新思路，有助于解決工業化和實際應用中金屬鋰負極材料的安全問題。

　　動力電池競爭不斷 誰主沉浮

　　隨著動力電池市場格局的不斷變化，電池廠商也在不斷尋找適應市場需求的電池類型。不管是三元鋰電池、磷酸鐵鋰等鋰電池的發力，還是新型新能源氫燃料的緊急追趕，抑或是當下鋰硫電池的發展，動力電池市場的競爭此起彼伏，能充分滿足新能源汽車的市場需求，才是贏得這場“戰役”的關鍵所在。

　　相比之下，三元鋰電池容量大、能量密度大，但安全穩定性讓人擔憂；磷酸鐵鋰電池安全穩定，壽命長，但低溫環境下電池容量和放電能力都會受到影響；氫燃料電池作為新興的能源電池，環保、續航里程長，但其安全性尚未得到有效解決；鋰硫電池性價比較高，環保性能好、能量密度高、成本低，能否在一眾電池中脫穎而出，也是讓人充滿期待的。

　　近年來，國內外企業、高校和科研院所都對鋰硫電池展開不懈的研究，也逐漸取得不錯的成績。英國OXIS能源公司2018年10月宣布成功研發出能量密度為425Wh/kg的鋰硫電池，并將該電池應用于高海拔衛星，未來或許還將涉足無人機領域。在國內，2018年初，中科院大連化物所陳劍團隊在鋰硫二次電池技術研發的能量型鋰硫電池比能量提升至609Wh/kg，再次刷新二次電池比能量記錄。

　　不得不說，鋰硫電池產業發展已經取得一定的成就，隨著當下超柔性鋰硫電池的問世，相信鋰硫電池發展會成為電池產業關注的熱點，占據產業高地，探尋多元化應用場景的實現，任重而道遠，但商業化進程已經開始提速。