撰文 / 錢亞光
編輯 / 黃大路
設計/ 師 超
來源/ lyten.com, electrek.co, Business Wire
題圖/ Lyten锂硫A樣品袋式電池，照片來源：Lyten
前不久，材料創新與應用公司Lyten已向Stellantis和其他美國和歐盟汽車制造商發運6.5 Ah锂硫（Li-S）袋式電池A樣進行測試。
Lyten發運的锂硫袋式電池樣品（3C放電倍率，25°C）是美國和歐洲汽車制造商對锂硫電池進行商業評估的重要一步。
“這一裏程碑是萊頓團隊多年辛勤工作和創新的結果，我們才剛剛開始進一步擴大锂硫電池性能，”萊頓首席執行官兼聯合創始人丹·庫克(Dan Cook)說。
雖然锂電池一直是電池行業的明星，但容量、安全等固有的不足，促使人們不斷在尋找替代品。鈉離子電池性能與锂離子電池相似，但因鈉資源的豐富而成本更低；鋁空氣電池繼續因其高能量密度潛力而引起人們的關注；能量密度更大，重量更輕、安全性更好的锂硫電池也吸引了創新者和投資者的興趣。
锂硫電池（Lithium Sulfur Battries，Li-S batteries）由硫複合陰極、金屬锂陽極和兩者之間的電解質組成。
今年年初發表于《IEEE Access》雜志上的一項研究表明，在對锂離子電池、硅聚丙烯腈（SiCPAN）電池、硅納米線（SiNW)）電池、全固態電池和锂硫電池五種電池進行分析後發現，锂硫電池是最環保的電動汽車電池。
Lyten 認爲其锂硫電池有以下優勢：
首先，是能量密度。Lyten 聲稱，其锂硫配方的電池能量密度是三元锂（鎳钴錳）電池的兩倍。就電動汽車應用而言，這意味在相同的體積和重量下，锂硫電池能存儲並供應更多的電能，爲電動汽車提供更長的行駛裏程。據第三方測算，到2028年，更換Lyten的锂硫電池後，五大領先的電動汽車品牌整車電池可平均減重170kg。
3D石墨烯，來源是甲烷中的碳▼
其次，是更安全，這種LytCell EV锂硫電池對過充和穿刺失效模式有很強的抵抗力，無需使用可能導致失控熱反應的氧化物。
第三，是成本更低。Lyten 使用硫和專有的3D石墨烯（3D Graphene）制造陰極，這是一種從天然氣中提取的專利可調低碳超材料，已經通過獨立驗證，在大規模生産時實現了碳中和。
采用3D石墨烯，就無需在陰極中使用鎳、钴和錳等關鍵礦物質。锂硫電池陽極是一種锂金屬複合材料，無需石墨。因此，锂硫電池材料和制造成本，即使與低成本的磷酸鐵锂（LFP）相比，也具有競爭力。
另外，這種新電池只需進行小幅修改，就可使用現有锂離子電池設備制造。
第三是減少碳排放。根據 Lyten 的計算，去掉钴和其他關鍵材料後，與電池制造相關的能源將大幅減少。LytCell EV锂硫電池的碳足迹，估計比同類最佳的锂離子電池低60%以上，比固態電池低40%。而Lyten獨特的熱塑性配方LytR，可減少高達50%的材料用量，同時保持或提高強度和性能，從而需要更少的聚乙烯材料，減少碳足迹高達55%。
第四是供應鏈可靠性。Lyten 表示，從陰極和陽極中去除鎳、钴和石墨意味著大規模簡化供應鏈，使得電池可以在任何地方生産，並且材料清單比锂離子電池降低了50%。
Lyten的首席電池技術官西莉娜·米科拉傑克（Celina Mikolajczak）強調了這項技術的更廣泛影響：“世界需要一種實用的大衆市場電池，這就是我們用锂硫技術所建造的電池。大規模電氣化和淨零目標需要更高能量密度、更輕重量和更低成本的電池，這些電池可以大規模地使用當地豐富的材料來生産和供應。”
锂硫電池雖然在理論上展現出卓越的性能，但在現實操作條件下面臨與循環壽命和穩定性有關的問題，但Lyten表示，它已經解決了其锂硫電動汽車電池的這些挑戰。
Lyten將其專有的3D石墨烯結構集成到Li-S電池的陰極中。這種結構增強了電池的整體穩定性和導電性，解決了常見的問題，如多硫化物穿梭效應，這通常會導致Li-S電池的快速容量損失。
來自陰極的長鏈多硫化物擴散到陽極，並在那裏進一步還原爲較短鏈的多硫化物，然後擴散回陰極，並再次被氧化爲長鏈多硫化物▼
所謂多硫化物穿梭效應，指的是在充放電過程中，陰極産生的多硫化物（Li2Sx）中間體溶解到電解液中，不僅會導致正極硫活性物質的流失，還會通過隔膜擴散到陽極，被锂還原生成不溶的Li2S2和Li2S附著在陽極表面。
這種穿梭效應不僅降低了硫的利用率，限制了比容量，還會降低锂硫電池的循環穩定性，最終造成了電池中有效物質的不可逆損失，更可能引起電池內部結構的微妙變化，導致電池壽命的衰減。
爲了解決多硫化物穿梭效應的問題，研究者們提出了多種策略，而Lyten在其锂硫電池的陰極中采用了其專利的3D石墨稀結構——Lyten 3D Graphene™。
Lyten 3D Graphene™在許多有價值的性能上與2D石墨烯相似，但其化學和電氣活性要高幾個數量級，同時其三維形態使其具有高度可調性。開發3D石墨烯材料的工藝和設備是Lyten的專利技術發明，已獲得專利。
這種結構提高了電池的整體穩定性和導電性，解決了常見的多硫化物穿梭效應問題。這種設計還可以幫助提高電池的整體能量密度，同時潛在地減少隨著時間的推移而發生的降解。
3D石墨稀是實現Lyten锂硫電池的關鍵材料創新，是一種脫碳超級材料。該材料是通過將溫室氣體甲烷分解成固體碳和清潔氫氣來獲取的。其獨特強度、重量和電導性可用于在最難減碳的行業（包括汽車、航空航天、建築、工業和物流）的産品制造。
此外，Lyten還使用锂金屬複合材料作爲陽極，而不是傳統的石墨，提高了陽極的穩定性和效率，還有助于提高電池的整體能量密度，同時有可能隨著時間的推移減少劣化。
Lyten是一家2015年成立的材料創新與應用公司，由來自汽車、能源、電池、半導體、制造和國防領域的一群經驗豐富的高管領導。該公司擁有超過415項已授予或懸而未決的專利，目前正在加利福尼亞州聖何塞生産Lyten Graphene™材料及LytCell™電動汽車電池。
其在加州聖何塞的半自動化試生産線于2023年5月上線，可使用標准的锂離子制造設備和工藝生産锂硫電池。該生産線能夠爲汽車原始設備制造商提供 A 樣和 B 樣，並爲小批量客戶提供完全商用的電池。
該公司既生産锂硫袋式電池，也生産圓柱形電池（2170和18650），目前正在向客戶發運6.5 Ah袋式電池樣品。今年晚些時候，Lyten計劃今年晚些時候發運圓柱形A樣品供評估。
Lyten的第一座大規模工廠目前正在與特納建築公司（Turner Construction）和SSOE合作設計，用于生産汽車動力電池C樣品及更高級別的電池。
至于誰將成爲這些新型電動汽車電池的早期采用者，Lyten 在新聞稿中提到了 Stellantis 公司，該公司的潛在交付目標還包括 20 多家尚未命名的客戶。
2023年5月，Stellantis在宣布已投資Lyten的锂硫電池開發。2024年2月，克萊斯勒宣布將在其Halcyon概念電動車中采用Lyten的Li-S電池。
目前，Lyten已經向一家美國大型消費電子公司運送了樣品，計劃在5月向美國國防部交付電池，並計劃在2024年第二季度和第三季度向20多個潛在客戶交付樣品進行商業評估。Lyten目前的目標是今年向航空航天和國防客戶提供商業用途電池。
Lyten已經籌集了超過4.1億美元的股權資本，包括來自Stellantis、FedEx、Honeywell、Walbridge和Prime Movers Lab的投資。
美國能源部也向Lyten提供了400萬美元資金，以加速其研發進程。根據這項撥款，Lyten 將與斯坦福大學、德克薩斯大學奧斯汀分校以及 Arcadium Lithium 公司（由 Livent 和 Allkem 合並而成）合作，旨在加速锂硫電池的生産。
從運送A樣到主機廠測試，其實離商業化生産還有很長的路要走，因爲A樣滿足基本功能，B樣電性能、循環性能、尺寸滿足要求，C樣需要滿足安全要求，到了D樣才能達到量産要求。
不過，對于新型電動汽車電池來說，這仍然是一個重要裏程碑。正如Lyten所描述的，A樣裝運 “啓動”了通往大衆市場的一系列步驟。
