钼:高性能锂电池正极材料的生产秘诀

锂离子电池能量密度的提高,除了可以通过改善负极材料、电解液或隔膜的性能外,还能通过改进传统正极材料的不足。北京理工大学研究者介绍,采用过渡金属钼(Mo)和非金属碳(C)改性后的硫化锂(Li2S)正极材料具有较高的理论比容量、优异的倍率性能和较长的循环寿命等特点,因而能提高整个电池系统的质量。

钼是高性能锂电池正极材料的生产秘诀图片

硫化锂是锂的一种硫化物,因有超高的理论比容量(1100mAh/g),而被认为是一种很有发展前景的锂电池正极材料。其不仅可以提供锂源,还能有效缓解硫电极的体积膨胀效应。然而,Li2S材料却存在活化电位高,穿梭效应明显及导电性差等不足,会导致所制备的电池的容量易衰减,循环稳定性变差及寿命减短等问题,因而限制它在实际生活中应用。

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为了解决上述的难题,北京理工大学研究者采用了锂-热同步合成方法,原位构建了一种兼具催化、吸附和限域特性的三重异质Mo-Li2S-石墨烯纳米胶囊结构。该复合材料中Li2S、Mo被C结构紧密包裹,反应机理为8Li+MoS2+CS2=4Li2S+Mo+C。值得注意的是,锂热反应生成的三个组分都是通过Mo−S和C−S的化学键连接在一起,能有效的降低了正极材料Li2S的活化电位。此外,这种原位生长纳米胶囊的设计还优化了材料的催化性能、电化学性能以及结构稳定性。

该研究成果已以“Lithiothermic-Synchronous Construction of Mo-Li2S-Graphene Nanocomposites for High-Energy Li2S//Si-C Battery”为题发表国际顶级期刊在Advanced Functional Materials上。

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