技术巡猎 零跑 一种正极材料及制备方法、锂硫电池。锂硫电池为什么总让人惦记?因为硫非常便宜、且轻,理论比容量很高,纸面能量密度也很诱人。对电动车来说,这意味着同样重量的电池,有机会装下更多电;或者等同续航,可以用更小的电池。但它的问题也非常直接,硫在充放电过程中会变成可溶性的多硫化锂。这些中间产物像“会游泳的活性物质”,从正极跑到负极,途中还会发生副反应。结果就是硫越用越少、容量越掉越快,这就是锂硫电池著名的“穿梭效应”。
过去常见的办法有两种。一种是给硫找个笼子,用多孔碳把它装进去。多孔碳像一块导电海绵,既能让电子通过,也能用孔道限制多硫化锂扩散。但这更多是物理约束,时间长了,硫反复膨胀收缩,孔道和界面依然可能失效。另一种是给硫拴根绳子,把硫做成含硫聚合物,通过硫—碳化学键固定硫链。化学束缚比单纯“关笼子”更牢,但富硫聚合物本身导电性差,单独拿来做正极,就像仓库很大,却没有路,电子和锂离子进出都不顺。
这份专利的核心,是把“笼子”和“绳子”叠在一起,而且不是先做完材料再混合,而是让聚合反应直接发生在碳孔里。具体过程并不难理解:先混合多孔碳和硫粉,在约165℃加热几分钟,让硫熔化并渗入孔道;再加入带不饱和键的有机单体,升到约180℃,让单体与硫在孔道中发生逆硫化聚合;最后快速冷却,含硫聚合物就在碳孔内部定型。你可以这么理解:先让液态硫灌满一块蜂窝海绵,再在蜂窝内部现场“固化成胶”,而不是先在外面做成胶块,再硬塞进海绵。
这个差别,决定了它有没有工程价值。传统机械混合,往往只是把聚合物粘在碳材料表面,里面的孔用不上;后续高温渗透又可能破坏原有聚合物中的硫—碳键。原位聚合则把孔道直接当成微型反应器:硫分布更均匀,聚合物不容易团聚,碳骨架还能持续提供导电通路。于是它形成了两层约束,一层是碳孔的物理限域,另一层是化学键对硫链的固定。
专利给出的实施例中,1C循环500圈后的容量保持率大约为78.6%—82.0%,3C倍率表现约为72.3%—78%,明显高于若干对比例;实施例材料电导率为2.16×10⁻²S/cm。至少从实验结果看,原位聚合这条路线是有效的。
当然了,锂硫电池是否真能上车,不能只看“500圈还剩多少”,还要看硫的面载量有多高、电解液加了多少、锂负极用了多厚、软包电芯能不能复现,以及高低温、安全和批量一致性。短期内应该还不好看到对应的什么产品,但是技术储备嘛。
我们会看到答案的。
