石墨被MoS2“完虐”【钜大锂电】

　　石墨类材料（例如人造石墨，天然石墨，中间相碳微球等）容量已经接近其理论极限（372mAh/g），随着人们对锂离子电池能量密度要求的不断提高，石墨负极被淘汰的命运已经无法避免，先是硅基负极，锡基负极的崛起，现在又蹦出一个MoS2，石墨材料被轮番吊打，MoS2相比于硅负极，锡负极，只是一个小辈，但是说起吊打石墨可一点不比前辈们差，三个字形容“稳、准、狠”，招招击中要害，今天我们就聊聊MoS2。

　　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。JieShao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。

　　在50mA/g的电流密度下，MoS2和MNCDs的复合材料的初始容量达到1121mAh/g，首次效率为69%，第三次循环容量达到1099mAh/g，库伦效率达到96%。MoS2和MNCDs的复合材料的实际容量要高于其理论容量（669mAh/g），目前认为，这主要是因为锂储存在Mo和Li2S界面。材料具有良好的倍率性能，当电流密度为100，1000，2000，5000，10000mAh/g，材料的比容量分别达到了1070，1039，1028，1004，915mAh/g，倍率从0.1C提高到10C材料的容量只有很少的下降。并且在首100次循环过程中，材料的容量逐渐提高，这可能与氮掺杂多孔石墨有关，氮掺杂石墨在材料中起到两个作用，首先能起到储存锂的作用，其次则起到了电子导体的作用，因此使得MoS2和MNCDs的复合材料具有优异的快速充放电性能。MoS2和MNCDs的复合材料是一种优异的锂离子电池负极材料，鉴于其独特的电化学性能，相信该材料还能应用于其他领域，例如超级电容，钠离子电池和催化剂等领域。