石墨作為鋰離子電池負(fù)極材料被廣泛應(yīng)用,但其作為鈉離子電池負(fù)極時(shí)的可逆容量較差。因此,具有長(zhǎng)壽命的電極材料(如二氧化鈦)以及具有高容量的電極材料(如過(guò)渡金屬氧化物、硫化物等)研究備受關(guān)注。目前研究發(fā)現(xiàn),通過(guò)構(gòu)筑多級(jí)復(fù)合結(jié)構(gòu)材料,發(fā)揮材料間的協(xié)同作用可以**提高鈉離子電池負(fù)極材料的電化學(xué)性能。
圖1: TiO2/C-MoS2復(fù)合材料的合成示意圖及電鏡表征
通過(guò)在鈦酸納米線上包覆二維鉬基金屬螯合物。隨后,通過(guò)高溫固相原位硫化的方法,構(gòu)筑TiO2/C-MoS2復(fù)合材料。通過(guò)原位硫化的方法,在碳納米片外延生長(zhǎng)得到超薄MoS2納米片,形成特殊的“片上生長(zhǎng)片”的多級(jí)復(fù)合結(jié)構(gòu)(圖1: TiO2/C-MoS2復(fù)合材料的合成示意圖及電鏡表征)。這種特殊的多級(jí)納米片結(jié)構(gòu)和材料組合在鈉離子電池及隔膜改性的鋰硫電池方面表現(xiàn)出**的性能。其中,最內(nèi)層一維TiO2納米線在電化學(xué)反應(yīng)過(guò)程中晶體體積變化小,提供穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)支撐基底;中間原位碳化得到的二維碳納米片層可提高材料的導(dǎo)電性和穩(wěn)定MoS2納米片結(jié)構(gòu);外層垂直生長(zhǎng)的MoS2納米片可大幅提高電極的可逆容量。研究結(jié)果表明,得益于三種不同功能材料的協(xié)同作用,該復(fù)合結(jié)構(gòu)在鈉離子電池中具有**的倍率性能和循環(huán)壽命:在8 A g-1的充放電電流密度下,進(jìn)行長(zhǎng)達(dá)15000次充/放電循環(huán)后,其容量依舊高達(dá)169 mAh g-1 ,如右上圖所示,(a) 在電流密度為0.1 mV s-1下,復(fù)合材料鈉離子電池的前三圈的CV曲線圖; (b) 不同電極材料的倍率性能比較; (c) 在電流密度為8000 mA g-1下,復(fù)合材料鈉離子電池的循環(huán)性能圖。此外,由于該多級(jí)復(fù)合結(jié)構(gòu)具有較強(qiáng)的多硫化物的化學(xué)吸附作用,將其作為多功能隔膜組件可**緩解鋰硫電池的“穿梭效應(yīng)”。通過(guò)簡(jiǎn)單的涂覆工藝,可得到基于商業(yè)聚丙烯隔膜改性的功能化隔膜(TiO2/C-MoS2@PP)。如下圖所示,在1.0 C的電流密度下,1500次循環(huán)后仍保留有501 mAh g-1。
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zzj 2021.4.15