42、锂/硫化铁电池：技术解析与应用前景

锂/硫化铁电池：技术解析与应用前景

1. 锂/硫化铁电池的发展历程与特性

锂/硫化铁电池的研究始于1961年，当时的目标是开发将热能直接转化为电能的热再生原电池。1968年，锂/硫电池问世，采用锂和硫作为电极活性材料，以及LiCl - KCl熔融盐电解质。不过，由于LiCl - KCl共晶电解质熔点为352°C，电池工作温度需维持在400°C以上，且活性材料难以容纳，1973年该电池的研发被放弃。

后来，负极采用锂合金替代单质锂，正极用金属硫化物替代单质硫，克服了上述问题。锂合金/金属硫化物电池使用熔融盐电解质和固体多孔电极，工作温度在375 - 500°C之间。在此温度下，由于电解质电导率高和电极动力学快，能实现高功率密度。从棱柱形电池设计转向双极设计，可进一步降低电池阻抗，提升功率特性。

通常，锂与铝或硅的合金用作可逆固体负极，能将锂活性降低到可控水平，实现高库仑效率。双组分锂合金（如Li - Al和Li₅Al₅Fe₂）负极材料在充电结束时可增加负极锂活性，具备原位过充耐受能力。

正极可使用多种金属硫化物，如铁、镍、钴等。出于成本考虑，商业应用中常选用FeS或FeS₂，而其他金属硫化物适用于对成本不太敏感的特殊电池应用。将仅在其高压平台工作的致密FeS₂正极与低熔点LiCl - LiBr - KBr电解质结合，实现了稳定、可逆且高性能的锂/二硫化铁电池技术。

双极锂/硫化铁电池具有诸多优点，也存在一些缺点，具体如下表所示：
|优点|缺点|
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|兼具高功率和高能量密度|需要热管理系统将工作温度维持在可接受范围内|
|耐受过充、过放和冻融滥用|在长时间闲置且无外部电源的情