基于机械仿真和测试的高比能量锂硫电池模组开发

谢 彬，孙嘉楠

（上汽大众汽车有限公司，上海201800）

近几年便携电子设备以及电动汽车行业的快速发展，增加了对于高能量密度可循环电池的需求。基于新能源行业的发展现状，要求动力电池有更高的能量密度以提升续航性能，更低廉的成本来降低价格，以及更稳定的体系来提高安全性能[8]。目前新能源动力电池行业中，电池正极材料有三元材料、磷酸铁锂、锰酸锂、钴酸锂等多种选择，乘用车所采用的电池材料以三元材料和磷酸铁锂为主。三元材料的能量密度最高，但是安全性较差且成本高(三元材料约15万元/吨)，高镍三元电池还存在热失控的风险。磷酸铁锂的安全性较好且成本较三元材料低(磷酸铁锂约6万元/吨)，但受制于其能量密度较低，提升能量难度较大[11]。在众多的电池电化学体系中，锂硫电池在能量密度和成本方面具有明显的优势[10,12]。锂硫电池是以单质硫为正极，锂金属单质为负极，硫的市场价格为0.26～0.28万元/吨，成本低廉，其理论能量密度高(2567 W·h/kg)[13-14]，硫元素与过渡金属元素的正极材料相比，储量丰富、安全可靠、环境友好，具有很好的应用前景[15-17]。锂硫电池在实际应用中，其正极材料为硫与碳的复合材料，用以提升单质硫的电导率，其能量密度达到350 W·h/kg，仍远高于目前所采用的三元材料，未来锂硫电池的循环稳定性提高后，将能满足大量实际应用需求[4-6]。

动力电池模组是新能源汽车电池系统的核心组成部分，其设计的优劣直接影响到整个动力电池系统的性能[7]。……