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二維層狀結構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層狀結構發(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構的MoS2與導電碳基底相結合，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構優(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，其基本結構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-納觀分級結構。用于鋰離子電池負極材料時，這種新型的結構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。由于其結構上的顯著優(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。
