MoS2层状结构的控制合成及其钠电池电极性能的研究文献综述
摘要：由于在水热过程中掺入甲胺分子，带有不同增大（002）层间距的超薄层状二硫化钼（MoS2）可以被控制合成。9.5Aring;的扩展层间距和1T相的高传导能力，这不仅能减轻了层状MoS2中钠离子插入/萃取过程中的大体积变化，同时也有效的提高了电子和离子通过MoS2纳米片的运输。作为钠离子电池负极材料的电化学性能优良，包括较高的比容量和良好的循环稳定性的MoS2-180薄片可以被实现。拟利用XPS分析研究了钠离子的存储机理。
关键词：钠电池； 二硫化钼； 电极性能
一、文献综述
1、背景
早在20世纪80年代，钠离子电池(Sodiumionbatteries,SIBs)和锂离子电池同时得到研究，随着锂离子电池成功商业化，钠离子电池的研究逐渐放缓。钠与锂属于同一主族，具有相似的理化性质，电池充放电原理基本一致。充电时，Na 从正极材料(以NaMnO2为例)中脱出，经过电解液嵌入负极材料(以硬碳为例)，同时电子通过外电路转移到负极，保持电荷平衡；放电时则相反。与锂离子电池相比，钠离子电池具有以下特点：钠资源丰富，约占地壳元素储量的2.64%，而且价格低廉，分布广泛。然而，钠离子质量较重且半径(0.102nm)比锂(0.069nm)大，这会导致Na 在电极材料中脱嵌缓慢，影响电池的循环和倍率性能。同时，Na /Na电对的标准电极电位(-2.71V vsSHE)比Li /Li高约0.3V(-3.04V vsSHE)，因此，对于常规的电极材料来说，钠离子电池的能量密度低于锂离子电池。
2、研究意义
根据钠离子电池的充放电原理可以看出，电极材料是钠离子电池技术的关键，只有研发出适于钠离子稳定脱嵌的正负极材料，才能推进钠离子电池的实用化。正极材料主要包括层状材料和聚阴离子材料等；负极材料主要包括嵌入类材料(碳材料等)、合金类材料(Sn，Sb，P等)和转化类材料(金属氧化物/硫化物)等。
目前科学家们主要致力于为SIBs开发合适的电极材料。然而，由于钠离子的半径比锂离子的半径要大，在钠离子插入和萃取过程中，导致高体积膨胀和循环性能差。相当大的努力一直致力于为SIBs开发合适的电极材料，如过渡金属硫化物，合金化合物，钛酸盐和二维金属碳化物。但研究发现，在重复的钠离子插入/萃取过程中，这些物质会出现容量低、稳定性差、体积变化大的问题。二硫化钼的层状结构使得钠离子易于插入。然而，人们发现二硫化钼的应用主要受到以下几个方面的影响：一方面是由于二硫化钼本身具有低的半导体导电性，另一方面是由于钠离子插入过程中的大体积膨胀而导致的容量快速衰减。二硫化钼作为可充电电池的负极材料得到了充分的应用，因为它的层状结构S–Mo–S 是由范德华力和大的层间距（0.62 nm）组成，几乎是石墨（0.34 nm）的两倍大，这使得钠离子易于插入。然而，人们发现二硫化钼的应用主要受到以下几个方面的影响：一方面是由于二硫化钼本身具有低的半导体导电性，另一方面是由于钠离子插入过程中的大体积膨胀而导致的容量快速衰减。因此，MoS2层间膨胀受到深入调查，因为它可以显著提高离子扩散动力学，缓解大体积的变化和块装二硫化钼相比保留更多的Na 活性位点的存储，这个可提高材料的电化学性能。最近的研究表明，MoS2的分层结构对于离子或分子插层是敏感的（如NH4 、O2和CH3OH），伴随着半导体和金属之间的电子状态的改变，MoS2的分层结构能使2H相和1T相之间相变。这促进了电化学储能技术的电子输运和离子扩散。
