為了進一步升高商業化正極材料的安全係數,有科學家表示可以用低維度二硫化鎢納米片對其進行改性,以能有效增強產品的熱學性能與力學性能。相對于傳統的正極材料來說,含有WS2納米片的正極活性物質不僅更有利於帶電鋰離子的脫出與嵌入,還能與有機電解液很好地共存,適合作為電瓶車鋰電池的一員。
決定正極材料安全性的因素有哪些呢?
(1)電極材料的容量。正常來說,電芯設計中正極材料用量若遠遠大於負極材料的容量,會提高熱失控風險。正極材料的鋰離子含量一般都會大於負極材料離子容量,旨在提高電池的功率特性和迴圈性能。但是,過多的鋰離子存儲於正極結構中,當外部保護電路失靈,電池過充時,很容易引發事故。
過充,負極材料結構中已經充滿了鋰離子,再也沒有位置容納更的多鋰離子。但正極中多餘的鋰離子仍然會在外加電壓的驅使下,向負極聚集,造成大量鋰離子在負極表面沉積,形成鋰枝晶。活潑的鋰單質遇到高溫會劇烈反應;或者單質量過大,則會刺穿隔膜,造成內短路,給電池帶來燃爆風險。
(2)材料的熱穩定溫度越高,說明材料的氧化能力越弱,材料越安全。正極材料長期浸泡在電解液中,表面的保護膜並不能像負極一樣,起到很好的保護作用。因此,確保正極材料與電解液不發生反應的因素主要依靠正極材料自身的熱穩定性和與電解液的相容性。
二硫化鎢納米片是一種晶體結構非常特殊的半導體材料,因有良好的生物相容性與熱化學穩定性等特點,而深受鋰電池領域的歡迎。其非常適合參與新型正極的生產。