根据USPTO数据显示,LG新能源近日在美国公开了一件锂硫电池相关专利。
在各种锂二次电池中,锂硫电池是目前被认为较具有前景的一种。其理论能量密度高达2600Wh/kg,远高于磷酸铁锂、三元锂材料。
在目前的技术中,磷酸铁锂电池、高镍三元电池单体能量密度几乎已经逼近了其材料的理论能量密度,上升空间有限。
对于下一代锂电池发展路线,福州大学材料科学与工程学院院长张久俊也作出了这样的判断:“现在是磷酸铁锂和三元锂电池,2022-2025年是固态电池和锂硫电池,2025-2030年要做锂空气电池。”
以硫作为正极活性物质,还存在着一些好处:其资源非常丰富,加工与运输容易,价格较低,且无毒、环保。
目前,锂硫电池已经在无人机上初步搭载应用了,处于产业化的前夕。
而阻碍锂硫电池大规模商用仍然存在一些技术问题,例如锂枝晶的问题。锂金属由于性质活泼,容易与电解质/液反应,形成钝化层,它的机械强度低,随着电池充、放电的进行,钝化层结构瓦解,导致局部区域电流密度差异,从而在锂金属表面上形成锂枝晶。
锂枝晶会造成电池的内部短路和死锂,导致锂电池不稳定性增加,降低电池容量和循环寿命。
在现有技术中,为了抑制锂枝晶的生长,让锂金属表面均匀反应,有在锂金属表面上加工保护层的方法。然而,采用这种方法,同时需要抑制锂枝晶的高机械强度和传递锂离子的高离子传导性,但二者是彼此折衷的关系,难以同时改善。
此外,保护层还需要考虑与电池中其它元素的相容性问题,所以虽然也有一些理论提出,但实际应用并不容易。
LG新能源在专利中提供了一种锂硫电池用电解质,它包含碳酸酯化合物作为锂硫电池用电解质的添加剂,质量占比为0.1~10%,能够抑制多硫化锂的溶出,并提高负极效率。
此外,电解质包含由醚化合物、杂环化合物构成的非水有机溶剂,能够在电池的初始放电阶段在负极表面上形成保护层,提高负极的稳定性和反应均匀性,抑制锂枝晶的形成,改善电池的寿命特性。
从专利中实施例的数据来看,应用了专利中所述的电解质的实施例2和4的电池,在200次循环后,正极活性材料的放电容量仍然高达778mAh/g,在0.5C放电的条件下,放电容量保持率到达80%时的循环次数,实施例2为312次,实施例4为360次,都明显优于对比例。
这件专利最早于2020年在韩国申请,于2021年申请进入美国,同时也已经在中国专利局公开。
在2021年,宁德时代在国内有一件名为《一种醚类电解液以及锂硫二次电池》的发明专利获得授权,同样采用的是醚类电解液。不过,其主溶剂为含有单个氧原子的链状醚类化合物,共溶剂为含氟链状单醚。
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