石墨烯对二硫化钼电化学性能的改善
(相关资料图)
二硫化钼（MoS2）是一种典型的低维度过渡金属硫化物，是一种分散性良好的细颗粒黑色粉末，是一种层状结构材料，除了具有良好的润滑性能之外，还有优异的半导体特性和理想的电化学性能，因而有望进一步提高锂离子电池的综合性能。
二硫化钼图片
负极材料是锂电池的重要组成部分之一，对电池的成本、性能、寿命起着关键性作用。目前，市面上普遍使用石墨作为负极材料，其理论容量仅为372mAh/g，所以很难满足现代社会的需求。
为了制造出更理想的负极材料，研究者就使用了低维度过渡金属硫化物如MoS2来作为负极材料。MoS2具有较宽的层间距，有利于锂离子的脱嵌，而且理论容量达到670mAh/g。然而，在实际应用中，MoS2也存在诸多缺点：稳定的2H—MoS2本征电子电导率差，使其在锂离子电池中运输电子和离子能力差；随着充放电循环过程的进行，电极材料逐渐粉化，电极结构不稳定而导致电池容量迅速衰减；MoS2纳米片在充放电循环过程中会逐渐聚集在一起，降低材料表面活性，导致材料的电化学性能不佳。
为了解决单纯MoS2作为负极材料的不足问题，研究者使用石墨烯（RGO）对它性能进行改善，即可以提高材料的导电性、结构稳定性、容量、循环稳定性和倍率性能等。研究表明，在石墨烯的作用下，MoS2层的Mo原子附近的电荷呈减少趋势，MoS2/RGO整体态密度增强，使价带中的电子更容易跃迁到导带，同时，MoS2/RGO较单一MoS2低的扩散能垒使锂离子更容易扩散。
MoS2/RGO的C—S(a)、C—Mo(b)和C—H(c)堆积模型图（图源：祝玉婷/广西科技大学机械与汽车工程学院）
Li+吸附在MoS2(a)和MoS2/RGO(b)不同位置的结构模型（图源：祝玉婷/广西科技大学机械与汽车工程学院）
实验证明，MoS2/RGO复合材料在前70次充放电循环中，保持着800mAh/g以上的高放电比容量，经过100次循环后，放电比容量为515.3mAh/g，明显高于单一MoS2（170.8mAh/g）。同时，该复合材料具有优于单一MoS2的倍率性能，经过1000mA/g的大电流密度循环后重新回到100mA/g时，MoS2/RGO复合材料仍保持在高的放电比容量（941.2mAh/g）。
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