作者：张麟
编辑：石亚琼
备注：实习生杨子晏对本文亦有贡献
近期，韩国电池制造商LG新能源公开表示计划在3年内开发出锂硫电池并量产，这似乎是国内外知名电池制造商中最先宣布开发锂硫电池并应用于商业化的一个。
电池产业目前具有两个比较明确的技术发展路径。一方面电动化的发展和多行业渗透一定程度上加剧了锂、镍、钴、锰等贵金属资源的稀缺性，再加上回收市场的体量和系统并不完善，相造成了市场上相关原材料供不应求的局面。
因此电池厂商试图研发出新型电池以降低应用成本，如钠离子电池就是一个较好的例子。
另外一方面，应用主体（如新能源汽车）对电池性能要求的不断提升也在倒逼电池制造商研发出具有更大能量密度、更高安全性或更易补能的电池体系。因此，如液流电池、固态电池、燃料电池以及最近较为火热的锂硫电池，这些还在不断优化的新型电池都试图在以某一特定领域对传统锂离子电池进行替代。
“优”“劣”均显著，锂硫电池像是偏科生
锂硫电池严格来说属于一种锂金属电池，相较于传统的锂离子电池，锂硫电池在正极材料中使用硫碳复合物，负极则为锂金属，利用氧化还原反应完成离子移动和正负极材料还原，并实现充放电。
由于负极材料使用了锂金属，锂硫电池的能量密度被大大提高，这也是锂硫电池的最大优势。
相较于磷酸铁锂电池和三元锂电池300Wh/kg的能量密度，锂硫电池的能量密度可轻松达到600Wh/kg左右。今年年初，美国能源部下属阿贡国家实验室成功开发并测试了全新锂硫电池，其能量密度可以做到2600Wh/kg，这足以让一辆普通的电动汽车理论续航超过4000km。
同时，由于没有镍、钴、锰等金属，锂硫电池的重量很轻，成本也更低。锂硫电池正极材料所需的单质硫可以从硫磺中进一步加工获得，而2022年我国硫磺产量接近900万吨，市场价即使有波动也基本位于1000元/吨—2000元/吨区间。丰富的地质资源让锂硫电池的材料成本能够得到很好的控制和量产保证。
因此，无论是成本角度还是性能角度，锂硫电池都有很大的优势。但目前，锂硫电池还属于研发阶段，目前的市场规模并不大，有研究机构统计及预测，2021年全球锂硫电池市场销售额达到了0.4亿美元，预计2028年将达到2.9亿美元，年复合增长率为35.0%。
一个有意思的现象是，锂硫电池的问世时间并不算短，最早的研究时间为上世纪60年代，相关科学家彼时甚至已经申请了硫正极的专利，但受制于材料、技术、应用等因素始终没有实现商业化。
锂硫电池的正负极材料是最需要克服的技术阻碍。正极方面，硫的导电性本身比较差，容易使得正极的能量密度降低；同时硫的穿梭效应（可能导致电池在静置情况下严重的自放电）和体积效应也在一定程度上降低了电池性能。在充放电过程中，硫的体积膨胀、收缩幅度都比较大，这不仅会影响导电效率，还会增加正极结构变化风险，降低循环的稳定性。
关于正极材料，目前我国已经有一部分企业、高校和科研院所开始进行突破，例如研发纳米多孔碳/硫复合正极，以解决锂硫电池的导电性差和体积效应等问题。中科院相关研究院也曾表示以碳质材料为基础进行锂硫电池正极的结构化设计，能够有效提升硫的电化学活性，为锂硫电池的整体设计提供依据。
锂硫电池的负极由于使用了锂金属，在充放电过程中会产生枝晶，长期生长容易导致隔膜破裂，进一步影响电池寿命。锂枝晶有自然存在的属性，在全球范围内都属于难题，目前研究方向也仅仅是抑制或延缓锂枝晶的生长。福州大学张久俊院士就曾公开表示，目前业界尚未完全消除锂枝晶现象，但可以通过在电芯的正极上使用活跃性相对低的材料、降低电压等方式提升电池安全性。
正负极材料的技术难题最直观的反应就是锂硫电池的循环寿命极低，目前仅能做到200次左右，基本无法实现大规模的商业化。但可以看到的是，业界正在为提升锂硫电池的循环寿命而努力。
应用场景的设想
虽然锂硫电池还没有商业化，但围绕其进行的商业探索一直在进行。
从电池特性来看，由于体积效应的存在，锂硫电池的体积能量密度并不太高，也就是说锂硫电池即使量产后，若想实现较高的能量密度效果，其电池尺寸就会比较大，这可能会在一定程度上限制锂硫电池的应用场景。某业内人士表示“锂硫电池的体积或许会比较大，即使量产后用在乘用车上的情况可能会比较少。”
未来，锂硫电池很可能会用在商用车、大型客车、电动工程机械等产品上，此类产品的底盘空间或车身空间比较大，对电池体积的要求不高。而且重要的是，目前重卡、大型客车、电动工程机械等产品的电动化过程中补能问题很突出，并没有得到很好地解决。
在上述场景中，传统的动力电池存在续航和工况适应能力的问题。工程机械和重卡会经常在寒冷地区运行，现有的动力电池本就不高的续航性能会再打折扣，且售价高昂，补能设施有限，限制了这些行业的发展。而这给锂硫电池创造了市场机遇。
锂硫电池的循环寿命水平不高，但能量密度很大，因此也可以用在无人机或电动航空器等不需要经常充电的产品上。事实上已经有很多家公司开始这么做了。
美国Sion Power公司研发的锂硫电池主要涉及应用领域就包括无人机。该公司在2010年将搭载了锂硫电池的大型无人机升空飞行，并打破了三项无人机飞行世界记录：飞行高度2万米以上、连续飞行时间14天、工作温度最低-75℃。
2014年，空客公司的“西风7”无人机也依靠锂硫电池不间断飞行了11天；LG化学2020年将太阳能无人飞机（EAV-3）上搭载了锂硫电池后，该型飞机在离地面12-22公里的平流层飞行了7个小时。
这种无人机的飞行效果验证了锂硫电池在航空器领域的应用能力，这或许会在军用领域率先打开市场。某电池领域创业者对36氪说道：“虽然现在锂硫电池的循环寿命很差，但是在军用领域，很多产品对使用寿命的要求是不高的，如果使用了锂硫电池还是很有优势的。”
我国锂硫电池进展相对滞后，目前还没有实际应用案例的报道，但已经有很多公司正在进行研发。商业化进程较快的公司有南京骊电新能源等，相关人士表示，天目湖先进储能技术研究院也在通过孵化公司来布局锂硫电池业务。除此之外，多家动力电池上市公司也进行了相关技术积累。
锂硫电池目前正处在产业化前期，目前国内市场锂硫电池、固态电池以及其他的锂金属电池等新的电池技术都在同步发展。但得益于能量密度，锂硫电池仍是重要的电池革新路径之一。
就像一位电池领域从业者对36氪说的“它一定是由商业价值的，只要研发制造成本能降到一定水平，对目前的三元电池或者动力电池来讲是非常有冲击力的，毕竟它能量密度差异太大了。”
最后，本文对国内外锂硫电池公司进行一个简略盘点，如有遗漏或信息差异，欢迎评论交流。
国内厂商
中科派思
中科派思（中科派思储能技术有限公司）成立于2016年，注册资本一亿五百万元，并在成立之初达成了与大化所（中科院大连化学物理研究所）的合作，其中大化所以“高比能锂硫电池及电池组”技术作价无形资产4100万元。
根据中科院官网介绍，中科派思是我国第一家专门从事锂硫电池生产和销售的公司，其最新研制的能量型锂硫二次电池的比能量达到609Wh/kg，已建成了6700余平现代化锂硫电池生产车间和自动生产线，产能3000000Ah/年，但尚未看到明确的市场应用。
骊电新能源
骊电新能源成立于2019年，是立足于全球的商业化锂硫电池生产商，骊电新能源的科学家团队由加拿大皇家科学院院士为代表的一批加、美、日科学家。
相关报道显示，骊电新能源所研发的锂硫电池的循环寿命很高，目前普通锂硫电池的循环寿命在100-200次，骊电新能源的产品已经能能达到900次，已符合普通汽车的生命周期。
江苏合志新能源
江苏合志新能源材料技术有限公司成立于2014年，是江苏华东锂电技术研究院和清华大学相关技术专利孵化而成的一家高科技企业。江苏合志起初是一家以电气机械和器材制造业为主的公司，后来开始钻研锂硫电池技术，曾经上市公司中核钛白想要收购这家锂硫电池公司，不过双方并没有协商成功。
江苏合志新能源现已建成一期年产3000吨磷酸铁锂和1000吨磷酸锰铁锂生产线，二期生产线已在规划中。
陕西国能新材料有限公司
陕西国能新材料有限公司是一家小微电池企业，主营业务为新材料技术研发、电池制造、电池销售、石墨制品制造等。陕西国能新材料是由西藏城投与清华大学共同合作成立的，目前正在进行锂硫电池方面的研究。
国轩高科
国轩高科成立于2006年，总部位于安徽合肥，该公司目前主要生产动力电池及其他锂离子电池，近年来一直与加拿大皇家科学院共同研发锂硫电池。
欣旺达
欣旺达成立于1997年，主营业务为镍氢电池和锂电池模组，是国内较为知名的锂离子产品供应商。目前欣旺达与南开大学合作设立了院士工作站，将共同研究锂硫电池、固态电池等相关技术。
国外厂商
LG新能源（韩国）
LG新能源是2020年12月份从LG化学（LG Chem）分拆出来的一家新公司，专门负责电池业务。该公司在成立当日就表示，将加速全固态电池和锂硫电池等新一代电池技术的开发，制定战略实现可持续增长引擎。
近期，LG新能源表示已制定了在未来三年内开发出锂硫电池的目标，相关产品计划首先在航空航天领域应用，相关人员这是因为与地面的车辆相比，飞机需要更轻、能量密度更高的电池。
OXIS Energy（英国）
英国锂硫电池公司OXIS Energy成立于2004年，是全球较早涉足锂硫电池领域的技术企业，且已经有产品实现了落地应用。OXIS Energy目前在锂硫电池领域已获得173项专利，其中96项正在申请中。2021年4月，Oxis Energy宣布将在今年秋季向客户和合作伙伴交付第一批锂硫电池进行测试。而且，已经与Oxis Energy达成合作的美国公司Bye Aerospace发布了一款基于锂硫电池的小型电动飞机，续航达1000km。
但根据媒体报道显示，同样是在2021年，OXIS Energy就由于无法筹集到继续开发产品所需的资金，已经濒临倒闭，公司持有的专利将被拍卖，绝大部分员工已经被裁员。
杰士汤浅（日本）
日本汤浅株式会社于1918年成立，于2004年4月与日本电池合并，更名为日本杰士汤浅株式会社（集团公司），在蓄电池行业处于亚洲领先地位。
2021年11月16日，杰士汤浅宣布与关西大学合作开发出了一款轻型高能量密度锂硫电池，其质量能量密度可达现有锂电池的近两倍。据介绍，杰士汤浅的研发目的是开发出一种重量轻、容量高的蓄电池，安装在电动飞机上，目前正以2030年能量密度达到每公斤1000瓦时为目标，推进主要技术的相关研究。
Sion Power（美国）
Sion Power成立于1989年，在2009年，Sion Power公司获得美国能源部80万美元的资金资助，用来开发一种锂硫电池用的新型电解质。2010年又获得APPA-E500万美元资助用来开发电动车用锂硫电池。2011年，德国BASF公司以5000万美元收购了Sion Power公司股权。
另外根据媒体报道，Sion Power最初专注于锂硫电池技术的开发，但后来似乎将其技术重点转向金属锂离子电池领域。
参考来源：
《锂硫电池理想的正极材料》，铁匠
《面向实用化的锂硫电池》，中国科学报 张晶晶
上一篇
