轻度剥离的二硫化钼-石墨烯复合材料的电化学储锂性能

轻度剥离的二硫化钼-石墨烯复合材料的电化学储锂性能

轻度剥离的二硫化钼-石墨烯复合材料的电化学储锂性 能

中国 科技 论文 在线 ////0>.

轻度剥离的二硫化钼/石墨烯复合材料的电 #

化学储锂性能 **

马琳,常?,陈卫祥

5 (浙江大学化学系,杭州 310027)

摘要:为了增强二硫化钼材料的电化学储锂性能,将轻度剥离的商业二硫化钼与氧化石墨烯

悬浮液混合,用液相还原法制备了轻度剥离的二硫化钼/石墨烯复合纳米材料,并用 X-射线

衍射XRD、透射电子显微镜TEM和扫描电子显微镜SEM等对材料的微观结构和形貌进

行了表征。结果表明轻度剥离二硫化钼的层数明显减少,其表面产生了许多裂纹,复合材料

10 中轻度剥离的二硫化钼与石墨烯能较好地复合在一起。充放电测试表明与商业化二硫化钼相

比,轻度剥离二硫化钼/石墨烯复合材料具有更高的的电化学储锂容量1022 mAh/g,更好的

循环稳定性能和显著增强的充放电倍率性能。电化学阻抗测试表明石墨烯显 著降低了电极反

应过程中的电子转移电阻。这种电化学储锂性能的增强主要是由于石墨烯在 复合材料中多种

正面的作用,以及轻度剥离的二硫化钼层数的明显减少和表明许多的裂纹。 15 关键词:电化学;二硫化钼;复合材料;锂离子电池 中图分类号:O611.4 ;TM911

Syntheis and electrochemical performances of slightly exfoliated MoS /graphene composite for lithium storage 2

20 Ma Lin, Chang Kun, Chen Weixiang

Department of Chemistry, Zhejiang University, HangZhou 310027 Abstract: In order to improve the electrochemical performances of MoS for lithium storage, the

2

slightly exfoliated MoS /graphene composite was synthesized by a liquid phase reduction method

2

employing slightly exfoiatiated commercial MoS and graphene oxide as staring materials. The

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25 microstructure and morphology of the samples were characterized by X-ray diffraction XRD,

transmission electronic microscopy TEM and scanning electronic microscopy SEM. It is found

that there are many cracks existing on the slightly exfoiatiated MoS surface, proving more more

2

channels for Li-ion insertion/extraction. In the composite, the slightly exfoiatiated MoS sheets

2

were well combined with graphene. The galvanostatic charging/discharging tests demonstrated

30 that the exfoliated MoS /graphene composite exhibited higher reversible capacity 1022 mAh/g

2

with excellent cycling performance and significantly enhanced high-rate capability compared with

MoSThe electrochemical impedance test indicated that the addition of graphene greatly reduced

2

the eletron-transfer resistance of electrode reaction. The significant improvement in

electrochemical perfromances could be atrributed to the multiplue positive effects of graphene,

35 crack-rich surface structure of exfoliated MoS and the synergic interaction between exfoiated

2

MoS and graphene2

Keywords: Inorganic chemistry; Molybdenum disulfide; Composites; Li-ion battery 0 引言

40 与其他可充 电电池比 较, 锂离 子电池具 有能量 密度高 、 循环寿命 长等优点 , 作为 便携式

电子设备的 电源得到 了最广泛 的应用。 目前商业 化的 锂离子电池 主要以石 墨作为负 极材料 ,

但是石墨较低的理论容量372mAh/g 和较差的倍率性能使锂离子电池难以满足在一些高能

量密度、 高 功率密度 等领域的 应用要 求。 高功 率电子 移动设备和 电动汽车EV 的不 断发展对

基金项目:教育部博士点基金20;国家自然科学基金21173190 ;科 技部 国际 合作 专项 基金

2012DFG42100 ;浙 江省 科技 厅国 际合 作项 目2013C34G2010042 作者简介:马琳,1975-,男,副教授,光电功能材料。

通信联系人: 陈卫 祥,1965-,男,教授,电化学和新能源材料。E-mail: weixiangchen@//.

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新 一代 高性能 锂离 子电 池提出 了新 的要求 。电 极材料是 影响 锂离子 电池 性能 的一个 重要 因

45 素, 因此研 究开发比 容量高 、 循环性 能优异、 高倍率 性能好的负 极材料成 为高性能 锂离子电

[1, 2]

池研究的重 要内容 。

过渡金属二 硫化物具 有与石墨 类似的层 状结构 , 最近 其在锂离子 电池中的 应用引起 了人

[3, 4]

们极大关注 。作为 一种典型的 层状化合 物,二硫 化钼MoS 是由三明治结构的 三原子分

2 [5]

子层 Mo-S-Mo 组成,层 与层之间 以弱的范 德华力相 结合 ,这种 结构适合 于锂离子 可逆地

50 嵌入和脱出 。最近研 究表明二 维2D结构的 MoS 纳 米片作为锂 离子电池 负极材料 显示了较

2 [6-8]

高的电化学 储锂性能 和增强的 循环性能 。 Du 等通过剥离- 再 堆积方法 制备了 MoS 纳米片

2

电极, 其电化 学贮锂容 量达到 850 mAh/g , 并具有改善的循环性 能, 但在较 高充放电 电流密

[9]