高純WS2納米片,除了是一種良好的光熱診療藥物外,還是一種非常優異的半導體材料。其除了能很好地作為正極材料的改性劑之外,還是新一代負極的優選功能性原料。就低溫鋰電池來說,其若能選用含有二硫化鎢納米片的負極作為其中的一員的話,那將可以顯著延長機械設備的迴圈使用壽命。這是為什麼呢?
負極析鋰不僅僅會導致鋰離子電池可以利用的鋰資源減少,容量下降,還會在負極表面形成鋰枝晶,而鋰枝晶會隨著電池的不斷迴圈而生長,當它生長到一定長度的時候會穿透隔膜,引起正負極直接接觸,最後造成電池短路。
導致鋰離子電池負極析鋰的因素很多,例如正負極冗餘度設計不足,低溫充電,充電電流過大等。下面,主要介紹的是低溫下負極的析鋰機理。
低溫是誘發鋰離子電池析鋰的重要因素,低溫條件下負極的嵌鋰動力學條件會變差,負極的比容量會降低,在較大的充電電流下很容易在負極表面形成鋰鍍層,甚至是鋰枝晶。來自德國慕尼克工業大學的Christian von Luders等人通過靜置電壓和中子衍射等手段對18650鋰離子電池在-2℃下析鋰的特點和機理進行了研究,研究顯示在充電倍率超過0.5C的情況下會明顯的增加析鋰的數量,例如在0.5C情況下,負極表面鍍鋰約占整個充電總容量的5.5%左右,在1C倍率下,則達到了9%。
經過上面內容的介紹可知,要想延長低溫鋰電池的壽命,可以減小負極的析鋰概率。而降低析鋰概率,則可以通過擴大負極的儲鋰空間和鋰離子運動能力來實現,現今主要向負極中添加一定量的修飾劑來優化負極性能,如高純WS2納米片。