中國粉體網(wǎng)訊 作為一種典型的過渡金屬硫化物，二硫化鉬（MoS2）因其特有的S-Mo-S二維層狀結(jié)構(gòu)和較高的活性硫含量，作為鋰離子電池負極材料具有良好的應用前景。與金屬鋰組裝半電池時，MoS2通過“插層—轉(zhuǎn)化”方式儲鋰，并在首圈放電結(jié)束時生成硫化鋰和單質(zhì)鉬，其理論比容量（~ 670 mA h g-1）兩倍于目前廣泛使用的石墨負極。然而，MoS2的電導率低下，電化學不穩(wěn)定，不利于其循環(huán)和倍率性能的發(fā)揮。此外，首圈循環(huán)后，MoS2層狀結(jié)構(gòu)發(fā)生重排容易形成較大的體相顆粒，使其在之后的鋰化/去鋰化過程中無法充分反應，造成材料容量迅速衰減，并影響其在實際電池中的應用。
為解決上述問題，人們提出將具有納米結(jié)構(gòu)的MoS2與導電碳基底相結(jié)合，以便改善材料的電化學性能。通過將納米態(tài)的MoS2均勻分散在碳基底的活性位點表面，預期可顯著提高復合材料的鋰離子和電子電導，同時，通過硫化物與碳之間的釘扎效應或強相互作用可穩(wěn)定MoS2的電化學，并能防止硫化物在循環(huán)過程中發(fā)生團聚。在碳基底的選擇方面，石墨烯因其比表面積大、電導率高，柔性好等顯著優(yōu)勢，是分散納米MoS2的理想材料。在MoS2-石墨烯復合材料的納微復合結(jié)構(gòu)優(yōu)化方面，則需兼顧材料的電化學穩(wěn)定性和動力學優(yōu)勢，同時，為了提升復合材料的能量密度，還需綜合考慮材料的壓實密度。
最近，合肥工業(yè)大學從懷萍教授課題組與中國科學技術(shù)大學俞書宏教授課題組合作實現(xiàn)了一種自支撐型二硫化鉬-石墨烯復合薄膜的自組裝設計和放大制備。該薄膜可經(jīng)由水合肼蒸汽還原配合水熱反應制得，其基本結(jié)構(gòu)單元包括氮摻雜石墨烯（NG）和蜂窩狀納米MoS2（NG-MoS2），并自頂向下呈現(xiàn)“薄膜-泡沫-薄膜”的宏觀-微觀-納觀分級結(jié)構(gòu)。用于鋰離子電池負極材料時，這種新型的結(jié)構(gòu)設計既可保證復合材料具有較高的壓實密度，又可保證鋰離子和電子在材料內(nèi)部的快速輸運，同時還能容納硫化物材料在嵌脫鋰過程中的體積變化。由于其結(jié)構(gòu)上的顯著優(yōu)勢，NG-MoS2復合材料用于鋰離子電池負極時表現(xiàn)出優(yōu)良的電化學性能，其在0.1 A g-1電流密度下的可逆儲鋰比容量高達1200 mA h g-1，電流密度升至5.0 A g-1時比容量仍保有700 mA h g-1，在1.0 A g-1電流密度下循環(huán)400圈后比容量仍保有980 mA h g-1。鑒于MoS2相比石墨等傳統(tǒng)鋰電負極材料在容量方面的顯著優(yōu)勢，這種NG-MoS2復合負極材料預期將在以下一代鋰離子電池為代表的儲能系統(tǒng)中展現(xiàn)良好的應用前景，并有助于發(fā)展面向未來的可持續(xù)能源技術(shù)。
