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若想有效升高锂电池的质量,除了可以进一步优化生产工艺外,还能适当地改性一下组成材料,比如向电极材料中加入适量的过渡金属化合物如二硫化钨纳米片(WS2)来作为添加剂。相对于商业化的蓄电池来说,含有WS2纳米片的电池拥有更高的能量密度和更长的使用寿命,所以更适合应用于小型的早教机中。
电极材料是决定锂离子电池性能的关键材料之一。根据作用的不同,其可以分为正极材料与负极材料,二者主要区别是电位不同。正极材料的电位较高,负极材料的电位较低,这样才能形成较大的电位差,是电池构成的主要前提。正极使用的是过度金属氧化物,如钴酸锂、锰酸锂、三元锂、磷酸铁锂等;负极主要是石墨,是C元素的一种。它们各有各的优缺点。
现今,为了增强电极材料的整体质量,研究者常在其生产时加入适当的添加剂。比如向磷酸铁锂材料中加入适量的二硫化钨片状材料,能进一步提高产品的能量密度,而这主要是归因于产品的储锂空间增大;向石墨烯负极中添加少量的二硫化钨纳米片,能有效增强产品的结构稳定性。总的来说,WS2纳米片适合应用于新一代的电极材料中。
二硫化钨(WS2)片状材料是由金属钨与非金属硫组成的无机化合物,作为典型的过渡金属硫化物,WS2纳米片是一种具有间接带隙的半导体材料,晶体结构与石墨烯层状结构相类似。这种结构使它具有极为优异的电化学性能、储锂性能和机械稳定性等特点,所以常用来修饰传统的锂电池电极材料,能使所制备电极材料容纳更多带电锂离子,以及产品的分子结构也不会轻易随着外界温度变化而改变。
含有WS2层状材料的电极拥有以下几个优势:(1)不论在什么情况下,其都不会轻易与有机电解液发生不良反应,这除了与WS2低杂质含量有关外,还与它的高化学稳定性有关;(2)其质量能量密度与体积能量密度都较高,且不易衰退。相对于普通电池来说,含有WS2材料的电池更适合为早教机提供电能。
二硫化钨纳米片除了能作为电极材料的改性剂外,还适合作为新一代的固体润滑剂。WS2润滑脂的优势如下:(1)具有优异的耐高温性能和极强的抗氧化能力;(2)优良的抗磨性能和极低的磨擦系数;(3)极佳的机械稳定性和抗水冲刷性能,极强的承载能力;(4)出色的防锈及耐腐蚀性能。
WS2的制备方法:以四硫代钨酸铵为原料,在隔绝空气的条件下,加热分解四硫代钨酸铵,加热时以100~200℃/小时的温度梯度从室温升至700~1200℃,幷在此温度下保温24~48小时后,再以30~110℃/小时的温度梯度降至室温,出料粉碎,即可得到产物。