二硫化鉬（MoS2）是一種典型的低維度過渡金屬硫化物，是一種分散性良好的細(xì)顆粒黑色粉末，是一種層狀結(jié)構(gòu)材料，除了具有良好的潤(rùn)滑性能之外，還有優(yōu)異的半導(dǎo)體特性和理想的電化學(xué)性能，因而有望進(jìn)一步提高鋰離子電池的綜合性能。
二硫化鉬圖片
負(fù)極材料是鋰電池的重要組成部分之一，對(duì)電池的成本、性能、壽命起著關(guān)鍵性作用。目前，市面上普遍使用石墨作為負(fù)極材料，其理論容量?jī)H為372mAh/g，所以很難滿足現(xiàn)代社會(huì)的需求。
為了制造出更理想的負(fù)極材料，研究者就使用了低維度過渡金屬硫化物如MoS2來作為負(fù)極材料。MoS2具有較寬的層間距，有利于鋰離子的脫嵌，而且理論容量達(dá)到670mAh/g。然而，在實(shí)際應(yīng)用中，MoS2也存在諸多缺點(diǎn)：穩(wěn)定的2H—MoS2本征電子電導(dǎo)率差，使其在鋰離子電池中運(yùn)輸電子和離子能力差；隨著充放電循環(huán)過程的進(jìn)行，電極材料逐漸粉化，電極結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定而導(dǎo)致電池容量迅速衰減；MoS2納米片在充放電循環(huán)過程中會(huì)逐漸聚集在一起，降低材料表面活性，導(dǎo)致材料的電化學(xué)性能不佳。
為了解決單純MoS2作為負(fù)極材料的不足問題，研究者使用石墨烯（RGO）對(duì)它性能進(jìn)行改善，即可以提高材料的導(dǎo)電性、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、容量、循環(huán)穩(wěn)定性和倍率性能等。研究表明，在石墨烯的作用下，MoS2層的Mo原子附近的電荷呈減少趨勢(shì)，MoS2/RGO整體態(tài)密度增強(qiáng)，使價(jià)帶中的電子更容易躍遷到導(dǎo)帶，同時(shí)，MoS2/RGO較單一MoS2低的擴(kuò)散能壘使鋰離子更容易擴(kuò)散。
MoS2/RGO的C—S(a)、C—Mo(b)和C—H(c)堆積模型圖（圖源：祝玉婷/廣西科技大學(xué)機(jī)械與汽車工程學(xué)院）
Li+吸附在MoS2(a)和MoS2/RGO(b)不同位置的結(jié)構(gòu)模型（圖源：祝玉婷/廣西科技大學(xué)機(jī)械與汽車工程學(xué)院）
實(shí)驗(yàn)證明，MoS2/RGO復(fù)合材料在前70次充放電循環(huán)中，保持著800mAh/g以上的高放電比容量，經(jīng)過100次循環(huán)后，放電比容量為515.3mAh/g，明顯高于單一MoS2（170.8mAh/g）。同時(shí)，該復(fù)合材料具有優(yōu)于單一MoS2的倍率性能，經(jīng)過1000mA/g的大電流密度循環(huán)后重新回到100mA/g時(shí)，MoS2/RGO復(fù)合材料仍保持在高的放電比容量（941.2mAh/g）。
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