據(jù)悉，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近期在MoS2鋰離子電池（LIBs）電極材料研究方面取得系列進展，相關(guān)研究結(jié)果已分別發(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(lǐng)域有著重要應(yīng)用而受到廣泛關(guān)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(lǐng)域的一個熱點。

與石墨相比，具有二維/準二維晶體結(jié)構(gòu)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(zhuǎn)移能力，可被應(yīng)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(jié)構(gòu)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(fù)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(fù)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(guān)結(jié)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(fù)合，并結(jié)合碳包覆工藝制備了V4C3-MXene/MoS2/C復(fù)合材料，由于V4C3-MXene可有效增強材料的導電性和電極結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，碳包覆可進一步穩(wěn)定材料的結(jié)構(gòu)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(guān)結(jié)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(fù)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(jié)構(gòu)的1T相MoS2與碳復(fù)合的1T-MoS2/C材料，該MoS2復(fù)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(guān)結(jié)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。

圖1.MoS2/Co復(fù)合材料的循環(huán)和倍率性能。

圖2.V4C3-MXene/MoS2/C復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)示意圖和倍率性能。

圖3.1T-MoS2/C復(fù)合材料的合成過程、反應(yīng)機制示意圖及倍率性能。