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二硫化钨纳米片或改善动力电池的安全问题

2020年07月30日 00:00 来源:中国钨业新闻网

与其他材料相比,低维度二硫化物纳米片因具有层状结构和大表面积的特性,而被公众认为是一种很有前景的锂离子电池负极材料。相较商业化的负极材料而言,含有片状二硫化钨纳米材料的负极的锂离子扩散能力更强,以及化学稳定性能与热稳定性能更好,即不易因为充放电时锂离子在材料表面的脱出与嵌入而发生明显的变形,同时也可以有效降低与电解质溶剂发生热化学反应的概率。由此一来,这也就表明了二硫化钨纳米片在一定程度可以改善动力电池的安全问题。


那动力电池为什么会有安全问题?


动力电池的安全问题,是现在所有矛盾里面最难解决和最棘手的问题,其涉及到方方面面。


锂电池是一种储存能量的装置,能量可分为两个部分:一是可逆的进行转换,在充放两端可逆的进行;二是本身的能耗,在发生氧化反应时能够释放热量。正常情况下,电池充放电或者能量转换的速度是可控的,但是能量是以电的形式,如果发生短路的话,能量的释放速度就会非常快,从而导致热量大量积聚,当速度达到不可控的时候就会发生爆炸,这就是锂电池为什么会有安全事故的根源。


电池的热失控有一个触发机制,其先是负极材料本身的分解,从而产生热量,反过来正向激励,导致整个能量释放不可控,最终引发电池爆炸起火。那如何防止电池热失控?首次是原材料的选择,尽量选择安全等级较高或者释放能量较少的材料来做电池;其次从电池的设计角度来讲,现在电池安全事故绝大部分原因是电池缺陷造成的。


影响动力电池安全性的因素有:(1)能量密度。通常,能量密度越高的材料,热稳定性能越低,比如811高镍材料;(2)快充。因为快充要有很大的电流对电动车进行充电,这也就意味着充电速度越快,电池内部的温度很容易骤升,电池的安全隐患就会越大。


因此,为了改善动力电池的安全问题,有研究者表明应选用二硫化钨纳米片来生产高性能的负极材料。这主要是归因于该二硫化物不仅具有较高的理论比容量密度,还有较高的熔点与较好的抗腐蚀性能,作为负极的生产材料,能很好地避免产品与电解液发生反应的现象。另外,二硫化钨纳米片由于是一种层状材料,而非常有利于锂离子的运动,进而能高效减缓在大电流下充电电池的温度上升速度。


当今,随着人们安全意识的不断提高和新能源产业的日益发展,片状二硫化钨纳米材料有望成为缓解动力电池安全问题的优选材料。

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