二硫化钼/碳复合材料在锂离子电池以及钠离子电池中的应用

• 作 者: 段晶莹
• 出 处: 天津大学
• 发表日期: 2021年06期
• 关键词: 锂离子电池 钠离子电池 二硫化钼 紫外光照射

传统的石墨材料应用于锂离子电池时理论比容量较低,且无法应用于钠离子电池,因此,寻找高比容量的负极材料来代替石墨材料是近年来的研究热点。二硫化钼（MoS₂）拥有类似于石墨的二维层状结构且无毒无害、对环境友好,理论比容量高达669 mAh/g,是一种具有研发潜力的负极材料。不过纯二硫化钼导电性较差,且充放电过程中体积膨胀效应严重,影响了其电化学性能,因此我们将其与碳材料进行复合,并进行合理的结构设计,组装了锂离子电池与钠离子电池,考察其电化学性能。首先通过水热法直接合成了纳米尺寸的MoS₂/PVP小球,将其碳化后得到了纳米尺度且层间距巨大的MoS₂/C小球,纳米尺寸有效缓解了其充放电过程中的体积膨胀效应,巨大的MoS₂层间距减小了离子扩散阻力,与碳材料的复合也有效提高了其导电性,所组装的锂离子电池相对于商品化MoS₂具有更高的比容量、更优的倍率性能与更稳定的循环性能。除此之外,我们还设计了大层间距的空心C@MoS₂@CN（C指的是空心酚醛树脂碳壳;CN指的是含氮的聚多巴胺碳层）类三明治结构,空心结构与巨大的层间距能够促进离子扩散,最外层的聚多巴胺碳层能够有效提高材料的导电性,该材料所组装的钠离子电池在50 mA/g、100 mA/g、150 mA/g、200 mA/g的电流密度下的平均可逆容量分别为520 mAh/g、477 mAh/g、455 mAh/g、435 mAh/g,大电流下的可逆比容量也非常可观,在500 mA/g电流密度下的可逆比容量高达380 mAh/g,循环500圈以后,其容量保持率高达87.6%。该材料是一款典型的赝电容特性的储能材料,其所组装的钠离子电池电容器能量密度最高可达244.15 Wh/kg,功率密度最高可达6844.2 W/kg,高于绝大部分的超级电容器。并且,考虑到MoS₂本身的光催化特性,将C@MoS₂@CN电极极片浸泡于电解液中,通过紫外光照射,促进了Na+的预嵌入与固体电解质相界面的预形成,使得电池的首圈库伦效率从48.2%提高到了79.6%。