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锂电池负极材料辈出 石墨被MoS2“完虐”

2016-08-23 09:13来源:锂粉焙烧技术关键词:锂离子电池负极材料石墨材料收藏点赞

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与石墨相比,MoS2具有更高的比容量,纳米结构的MoS2的可逆容量甚至可以达到1290mAh/g ,与Si负极和锡基负极相比,具有更好的循环稳定性和快速充放电的能力,是一种十分具有潜力的锂离子电池负极材料。MoS2是一种过渡金属硫化物,具有非常典型的S-Mo-S三明治结构,即两个硫层夹一个Mo金属层。在层内原子之间靠强的共价键连接在一起,而在层之间则靠相对较弱的范德华力相互连接,这种结构使得锂离子可以快速的嵌入和脱出。MoS2的工作电压范围为0-3.0V,首次充放电时,在1.1V左右会出现一个明显的放电平台,在此时晶体结构会发生改变。在3.0-1.1V的范围内,锂离子可以可逆的嵌入到MoS2晶体内部,这一部分的容量相当于167mAh/g,当锂离子继续嵌入时,材料的电压会进一步下降到1.1V以下,此时MoS2晶体会发生一系列的相变,在0.6V左右,还会出现一个电压平台,关于这个平台所对应的反应,目前大家还有争论。

MoS2是一种理想的负极材料,但是在充放电过程中的体积膨胀会影响MoS2的循环性能,同时由于较低的离子扩散速率和电子电导率,使得材料的倍率性能也较差,这影响了材料快速充放电的能力。为了克服这些缺点,将MoS2与石墨材料进行结合是一种可行的方法。例如Jiang等将单层的MoS2纳米片与介孔碳材料结合,这种材料不仅有着良好的储锂特性,而且在3℃的低温和50℃的高温,都表现出了良好的容量和循环稳定性。Jie Shao等,成功的将MoS2与氮掺杂石墨材料(MNCDs)进行了结合,制备了高性能MoS2与MNCDs复合材料具有优异的倍率性能,在10A/g的电流密度下(相当于10C左右),复合材料的比容量仍然高达915mAh/g。

制备的过程分为两步,首先是合成氮掺杂石墨材料(MNCDs),然后在制备好的MNCDs上生长MoS2。其中MNCDs制备是利用了共沉淀法与高温分解相结合的方法,首先将Zn(CH3COO)2与2-甲基咪唑分别溶解于甲醇溶液中,利用共沉淀法制得前驱体,并在高温下,进行裂解反应制得MNCDs。MoS2的生长过程是在MNCDs浆料中,(NH4)2MoS4与N2H4˙H2O反应,MNCDs巨大的表面积为MoS2提供了众多的生长点。然后在Ar气氛下进行烧结,制得MoS2和MNCDs的复合材料。

原标题:锂电池负极材料辈出 石墨被MoS2“完虐
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