蘇方遠(yuǎn)，我國(guó)科學(xué)院炭材料重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、我國(guó)科學(xué)院山西煤炭化學(xué)研究所副研究員，重要研究領(lǐng)域包括新型電化學(xué)儲(chǔ)能器件體系及工藝開發(fā)、碳材料電化學(xué)過程模擬、基于多孔電極理論的儲(chǔ)能器件仿真、機(jī)器學(xué)習(xí)在儲(chǔ)能器件開發(fā)中的應(yīng)用等。作為負(fù)責(zé)人及執(zhí)行負(fù)責(zé)人完成和主持國(guó)家、山西省和國(guó)內(nèi)外公司委托項(xiàng)目十余項(xiàng)，涉及鋰離子電池、超級(jí)電容器、鋰離子電容器、鋰硫電池等多種電化學(xué)儲(chǔ)能器件。

4核心提示新能源儲(chǔ)能器件之鋰離子電池（一）

鋰離子電池以碳素材料為負(fù)極，以含鋰的化合物作正極，沒有金屬鋰存在，只有鋰離子，是一種二次電池（充電電池），它重要依靠鋰離子在正極和負(fù)極之間移動(dòng)來工作。在充放電過程中，Li+在兩個(gè)電極之間往返嵌入和脫嵌：充電時(shí)，Li+從正極脫嵌，經(jīng)過電解質(zhì)嵌入負(fù)極，負(fù)極處于富鋰狀態(tài)；放電時(shí)則相反。當(dāng)對(duì)電池進(jìn)行充電時(shí)，電池的正極上有鋰離子生成，生成的鋰離子經(jīng)過電解液運(yùn)動(dòng)到負(fù)極。而作為負(fù)極的碳呈層狀結(jié)構(gòu)，它有很多微孔，達(dá)到負(fù)極的鋰離子就嵌入到碳層的微孔中，嵌入的鋰離子越多，充電容量越高。同樣，當(dāng)對(duì)電池進(jìn)行放電時(shí)（即我們使用電池的過程），嵌在負(fù)極碳層中的鋰離子脫出，又運(yùn)動(dòng)回正極。回正極的鋰離子越多，放電容量越高。

鋰離子電池優(yōu)勢(shì)明顯，電壓高單體電池的工作電壓高達(dá)3.7-3.8V；能量大，能達(dá)到的實(shí)際比能量為555Wh/kg左右；循環(huán)壽命長(zhǎng)，一般均可達(dá)到500次以上，甚至1000次以上；安全性能好；自放電小，室溫下充滿電的Li-ion儲(chǔ)存1個(gè)月后的自放電率為2%左右；可快速充電。但與其它充電電池不同，鋰離子電池的容量會(huì)緩慢衰退。

5 核心提示新能源儲(chǔ)能器件之鋰離子電池（二）

在全球電動(dòng)汽車市場(chǎng)快速上升帶動(dòng)下，全球鋰離子電池快速上升。2018年，全球鋰離子電池產(chǎn)業(yè)達(dá)到412億美元，按容量計(jì)算達(dá)到200GWh。2018年，我國(guó)鋰離子電池市場(chǎng)1700億元，動(dòng)力鋰電池890億元，消費(fèi)類電池750億元，儲(chǔ)能電池占3-4%。從2017年開始，動(dòng)力鋰電池超過消費(fèi)類電池。

關(guān)于動(dòng)力鋰離子電池行業(yè)來說，2018年全球新能源汽車銷售210萬輛，其中69%為純電動(dòng)，31%為插電式混動(dòng)。根據(jù)2017年工業(yè)和信息化部、發(fā)展改革委和科技部聯(lián)合公布有關(guān)印發(fā)《汽車產(chǎn)業(yè)中長(zhǎng)期發(fā)展規(guī)劃》，到2020年，新能源汽車年產(chǎn)銷達(dá)到200萬輛，2025年，新能源汽車占汽車產(chǎn)銷 20%以上。

6核心提示新能源儲(chǔ)能器件之鋰硫電池（一）

鋰硫電池是鋰離子電池的一種，是以硫元素作為電池正極,金屬鋰作為負(fù)極的一種鋰離子電池。鋰硫電池以硫?yàn)檎龢O反應(yīng)物質(zhì)，以鋰為負(fù)極。放電時(shí)負(fù)極反應(yīng)為鋰失去電子變?yōu)殇囯x子，正極反應(yīng)為硫與鋰離子及電子反應(yīng)生成硫化物，正極和負(fù)極反應(yīng)的電勢(shì)差即為鋰硫電池所供應(yīng)的放電電壓。在外加電壓用途下，鋰硫電池的正極和負(fù)極反應(yīng)逆向進(jìn)行，即為充電過程。單質(zhì)硫在地球中儲(chǔ)量豐富，具有價(jià)格低廉、環(huán)境友好等特點(diǎn)。除了能量密度非常高外，鋰硫電池生產(chǎn)成本比較低，在使用后低毒，對(duì)環(huán)境基本沒有污染，回收利用的能耗較小，是一種非常有前景的鋰離子電池。但最大的劣勢(shì)在于其循環(huán)利用次數(shù)比較低，極大地新增了鋰硫電池的使用成本。

國(guó)外鋰硫電池研發(fā)較早，處于產(chǎn)業(yè)化初期。美國(guó)Sion Power公司，2016研發(fā)制作的鋰硫電池，20Ah，400Wh/kg，1C循環(huán)350次；英國(guó)OXIS，2018年研發(fā)制作的鋰硫電池能量密度425-500Wh/kg，循環(huán)低于100次。

目前，國(guó)內(nèi)已有部分研究機(jī)構(gòu)制作出鋰硫電池樣品，但距離成為工業(yè)化產(chǎn)品還有很長(zhǎng)的路要走。2018年，中科院大連化物所研發(fā)制作的鋰硫電池，能量密度為609Wh/kg。2019年，北京理工大學(xué)研發(fā)制作的鋰硫電池，能量密度545Wh/kg。但由于鋰硫電池極片載硫量低，體積比能量低，不能滿足工業(yè)化需求；循環(huán)壽命、功率輸出、充電時(shí)間等未能滿足要求；金屬鋰負(fù)極的安全性和長(zhǎng)循環(huán)壽命還未得到很好的解決（鋰枝晶生長(zhǎng)，金屬鋰粉化），其產(chǎn)業(yè)化遇到了瓶頸。

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原標(biāo)題:能源革命對(duì)外開放百家論壇之一五六