圖1.MoS2/Co復合材料的循環(huán)和倍率性能。

圖2.V4C3-MXene/MoS2/C復合材料的結構示意圖和倍率性能。

圖3.1T-MoS2/C復合材料的合成過程、反應機制示意圖及倍率性能。

近期，中國科學院合肥物質(zhì)科學研究院固體物理研究所功能材料研究室研究員趙邦傳課題組在MoS2鋰離子電池（LIBs）電極材料研究方面取得系列進展，相關研究結果分別發(fā)表在ChemElectroChem，Nanoscale，Small上。

可充電鋰離子電池在電動汽車、便攜式電子產(chǎn)品、儲能電網(wǎng)等領域有著重要應用而受到廣泛關注。然而，當前商用石墨負極材料由于理論比容量（372mAh/g）較低，無法滿足人們對電池能量和功率密度的需求、倍率性能較差，不能很好地匹配正極材料以獲得最佳的電化學性能。此外，石墨極低的工作電壓使LIBs工作時存在較大的安全隱患。因此，探索高安全性、高比容量、高倍率性能以及高循環(huán)性能的負極材料是當前LIBs研究領域的一個熱點。

與石墨相比，具有二維/準二維晶體結構的材料由于具有相對安全的工作電壓，較大的比表面積、較為豐富的活性位點以及快速的離子/電子轉移能力，可被應用于鋰離子電池負極材料。作為二維材料的典型代表，MoS2具有類石墨烯層狀結構和高理論比容量(669mAh/g)。然而，MoS2作為LIBs負極材料時存在如因材料導電性不好引起的倍率性能不佳、循環(huán)過程中因體積變化大引起穩(wěn)定性能差等不足。為解決上述問題，課題組對MoS2電極材料開展了改性研究，獲得了具有較優(yōu)越電化學性能的MoS2電極材料。

課題組針對MoS2電極材料導電性較差的問題，利用具有較高導電性的金屬Co單質(zhì)和MoS2復合，有效改善了材料的導電性能，提高了材料的電化學性能，MoS2/Co復合材料電極即使在2A/g的電流密度下其容量仍能保持在700mAh/g以上，相關結果發(fā)表在ChemElectroChem上。為進一步提高電極的循環(huán)穩(wěn)定性，采用V4C3MXene(邁科烯)和MoS2進行復合，并結合碳包覆工藝制備了V4C3-MXene/MoS2/C復合材料，由于V4C3-MXene可有效增強材料的導電性和電極結構的穩(wěn)定性，碳包覆可進一步穩(wěn)定材料的結構并增大材料的比表面積，從而顯著改善了電極材料的電化學性能，V4C3-MXene/MoS2/C電極在1A/g電流密度下經(jīng)450次循環(huán)后其容量可達到600mAh/g左右，即使在10A/g的電流密度情況下，容量仍能保持在500mAh/g左右，相關結果發(fā)表在Nanoscale上。和上述2H相MoS2相比，1T相MoS2在導電性和層間距上具有優(yōu)勢，但目前1T相MoS2的制備過程復雜，且制備獲得的1T相MoS2也不穩(wěn)定。研究人員采用葡萄糖輔助水熱法合成了具有少層結構的1T相MoS2與碳復合的1T-MoS2/C材料，該MoS2復合材料在1A/g電流密度下初始比容量為920.6mAh/g，經(jīng)300次循環(huán)容量為870mAh/g，在10A/g大電流密度下比容量仍能保持在600mAh/左右，表現(xiàn)出較為優(yōu)異的循環(huán)和倍率性能，相關結果發(fā)表在Small上。

上述工作得到國家重點研發(fā)計劃項目和國家自然科學基金委大科學裝置聯(lián)合基金項目的支持。