與其他材料相比,低維度二硫化物納米片因具有層狀結構和大表面積的特性,而被公眾認為是一種很有前景的鋰離子電池負極材料。相較商業化的負極材料而言,含有片狀二硫化鎢納米材料的負極的鋰離子擴散能力更強,以及化學穩定性能與熱穩定性能更好,即不易因為充放電時鋰離子在材料表面的脫出與嵌入而發生明顯的變形,同時也可以有效降低與電解質溶劑發生熱化學反應的概率。由此一來,這也就表明了二硫化鎢納米片在一定程度可以改善動力電池的安全問題。
那動力電池為什麼會有安全問題?
動力電池的安全問題,是現在所有矛盾裏面最難解決和最棘手的問題,其涉及到方方面面。
鋰電池是一種儲存能量的裝置,能量可分為兩個部分:一是可逆的進行轉換,在充放兩端可逆的進行;二是本身的能耗,在發生氧化反應時能夠釋放熱量。正常情況下,電池充放電或者能量轉換的速度是可控的,但是能量是以電的形式,如果發生短路的話,能量的釋放速度就會非常快,從而導致熱量大量積聚,當速度達到不可控的時候就會發生爆炸,這就是鋰電池為什麼會有安全事故的根源。
電池的熱失控有一個觸發機制,其先是負極材料本身的分解,從而產生熱量,反過來正向激勵,導致整個能量釋放不可控,最終引發電池爆炸起火。那如何防止電池熱失控?首次是原材料的選擇,儘量選擇安全等級較高或者釋放能量較少的材料來做電池;其次從電池的設計角度來講,現在電池安全事故絕大部分原因是電池缺陷造成的。
影響動力電池安全性的因素有:(1)能量密度。通常,能量密度越高的材料,熱穩定性能越低,比如811高鎳材料;(2)快充。因為快充要有很大的電流對電動車進行充電,這也就意味著充電速度越快,電池內部的溫度很容易驟升,電池的安全隱患就會越大。
因此,為了改善動力電池的安全問題,有研究者表明應選用二硫化鎢納米片來生產高性能的負極材料。這主要是歸因於該二硫化物不僅具有較高的理論比容量密度,還有較高的熔點與較好的抗腐蝕性能,作為負極的生產材料,能很好地避免產品與電解液發生反應的現象。另外,二硫化鎢納米片由於是一種層狀材料,而非常有利於鋰離子的運動,進而能高效減緩在大電流下充電電池的溫度上升速度。
當今,隨著人們安全意識的不斷提高和新能源產業的日益發展,片狀二硫化鎢納米材料有望成為緩解動力電池安全問題的優選材料。