張華民：首先看鋰硫電池的能量密度。在已知的電池負(fù)極材料中，金屬鋰的電位最負(fù)、比容量較大。在已知的正極材料中，單質(zhì)硫的電位適中、比容量也較大。鋰硫電池是將金屬鋰和單質(zhì)硫組成電池，其理論比能量可以達(dá)到2600Wh/kg，是目前商品化鋰離子電池理論比能量的3—5倍。做成電芯產(chǎn)品后，鋰硫電池的實(shí)際能量密度依然可以達(dá)到300—900Wh/kg的較高水平，而商品化鋰離子動(dòng)力電池的能量密度僅為100—200Wh/kg。即使將鋰離子電池的負(fù)極換成金屬鋰，其能量密度依然大幅低于鋰硫電池。因此，鋰硫電池具有很大的技術(shù)吸引力，是當(dāng)前儲(chǔ)能領(lǐng)域的重要研究方向。

 

其次，關(guān)于鋰硫電池的成本。材料成本低廉是鋰硫電池的固有優(yōu)勢(shì)。根據(jù)現(xiàn)有產(chǎn)業(yè)化的電芯組成和工藝條件，可以估算不同電池電芯原材料成本價(jià)格。

 

對(duì)鋰硫電池來(lái)說(shuō)，正極材料主要為碳硫復(fù)合物，成本非常低，成本主要來(lái)自于金屬鋰和電解液。鋰硫電池的電解液用量占電芯質(zhì)量的30%—50%，是鋰離子電池的2—3倍。隨著電池正負(fù)極性能的提高，鋰硫電池所需電解液的用量將大幅下降，成本會(huì)進(jìn)一步降低。根據(jù)我們實(shí)驗(yàn)室6Ah軟包裝鋰硫電池估算，電芯成本約為0.21元/Wh，與以金屬鋰為負(fù)極、以富鋰錳材料為正極的金屬鋰離子電池相近，但是比目前商業(yè)化鋰離子電池的成本低得多。

 

然而，用戶在選擇電池的過(guò)程中，考慮的不僅是其瓦時(shí)成本，還需要考慮其循環(huán)壽命。目前為止，美國(guó)Sion Power 公司（鋰硫電池領(lǐng)軍企業(yè)）開(kāi)發(fā)的400Wh/kg的、以金屬鋰為負(fù)極的鋰離子電池在160次循環(huán)的能量剩余為50%，這與以石墨為負(fù)極的鋰離子電池?cái)?shù)千次的循環(huán)壽命相差甚遠(yuǎn)。如果計(jì)算單次循環(huán)成本，鋰硫電池的成本優(yōu)勢(shì)并不明顯。因此，從使用成本的角度考慮，鋰硫電池的循環(huán)壽命仍需要進(jìn)一步提高。

 

中國(guó)能源報(bào)：目前鋰硫電池還處于實(shí)驗(yàn)室階段，在您看來(lái)，鋰硫電池什么時(shí)候能實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，未來(lái)發(fā)展空間如何？

 

張華民：鋰硫電池涉及很多技術(shù)問(wèn)題，如循環(huán)壽命短、金屬鋰穩(wěn)定性差、電解液易燃等。隨著這些問(wèn)題不斷得到解決，鋰硫電池的應(yīng)用領(lǐng)域也將不斷得到擴(kuò)展。

 

目前，鋰硫一次電池的比能量已經(jīng)達(dá)到900Wh/kg，可以在一些領(lǐng)域獲得應(yīng)用。然而，鋰硫二次電池的循環(huán)壽命還很短，還不到鋰離子電池的1/10，尚需要經(jīng)歷相當(dāng)長(zhǎng)的發(fā)展歷程。

 

從實(shí)用角度講，鋰硫電池有可能首先在對(duì)比能量要求較高的無(wú)人機(jī)等領(lǐng)域獲得應(yīng)用，并逐步向電動(dòng)車領(lǐng)域擴(kuò)展。該電池的發(fā)展空間很大，但技術(shù)挑戰(zhàn)與發(fā)展機(jī)遇并存。