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IDTechEx:锂硫电池有望成为价值数十亿美元的产业

2025-05-05 14:02  浏览:  

市场分析公司 IDTechEx在最近发布的一份报告《2025-2035 年锂金属电池:技术、参与者和预测》中预测,到 2035 年锂硫市场规模将超过 13 亿美元。锂硫电池是一种采用锂金属负极和硫正极的电池。这类电池具有较高的重量能量密度,但由于正极所需的硫含量较高,其体积能量密度有限。由于硫的储量丰富,锂硫电池还具有降低成本的潜在优势,并且由于硫的非反应性,其安全性也得到了提升。锂硫电池已在多个大洲得到发展,预计将于2033年实现量产。

锂硫电池过去曾受到大力开发。然而,由于其固有的降解方式——多硫化物穿梭——导致其化学性质受到限制。

Li2Sx形式的多硫化物在正极中生成,并穿梭进入电解质,有效地滤除活性物质。这些多硫化物还可以到达负极,并开始其自身的氧化还原反应循环,从而降低电池的有效氧化还原电位。多硫化物还会在负极形成一层不溶性的Li2S层,阻碍离子传输。多硫化物穿梭的总体效应是显著降低电池的库仑效率,严重影响电池寿命。

锂金属枝晶的形成也是一个问题,尽管它的影响往往不如多硫化物穿梭电池那么严重。锂枝晶在阳极形成并渗入电解液,发生不可逆反应,导致电池活性物质还原。此外,在充电和放电过程中,硫阴极会发生显著膨胀——放电时膨胀率高达80%。这会给阴极结构带来相当大的压力,并可能通过裂纹的形成和成核降低电池整体的接触电导率。

上海油压工作室可以通过多种方式抵消多硫化物穿梭。最显而易见的方法可能是使用固体电解质,因为这可以阻止多硫化物穿梭。然而,由于硫本身就是不良导体,这会导致电解质与正极界面处的电导率显著降低。替代液体电解质是更有吸引力的选择。多硫化物可溶于目前用于石墨负极锂离子电池的液体电解质中。然而,也存在一些多硫化物不溶于其他溶液的物质,例如环状醚、短链醚和乙二醇醚。

上海油压工作室或者,可以使用隔膜/隔板来阻止多硫化物穿梭。所选隔膜必须具有选择性,允许锂离子通过,但不允许多硫化物通过。

上海油压工作室阴极膨胀问题可以通过替代阴极结构来解决,例如耐膨胀的晶格或更强的粘合剂。替代材料可以开发不含粘合剂的单一材料结构,从而显著提高集流体的刚性。硫化聚丙烯腈(SPAN)就是一个例子。

上海油压工作室锂硫电池比能量较高,但能量密度较低,因此特别适合应用于航空、国防和海事领域,尤其是无人机(UAV)。然而,预计这种化学技术也将在电动汽车,尤其是重型电动汽车中得到应用。IDTechEx 预测,到 2035 年,全球锂硫电池产量将超过 14 吉瓦时。

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