近日，華南理工大學楊黎春教授團隊在Energy & Environmental Materials上發表了題為“Dual-Carbon-Confined SnS Nanostructure with High Capacity and Long Cycle Life for Lithium-ion Batteries”的研究論文。該團隊構建了一種雙碳限制的 SnS 納米結構（表示為 SnS@C/rGO）。rGO 的雙碳和原位形成的碳涂層限制了高溫煅燒過程中 SnS 的生長。在可逆的 Li+?存儲過程中，雙碳改性可實現良好的電子導電性，減輕體積效應，即使在重復循環后也為 SnS 的電接觸提供雙重保險。受益于雙碳限制，與裸碳和單碳改性 SnS 相比，SnS@C/rGO 表現出顯著增強的倍率性能和循環穩定性。SnS@C/rGO 在 0.2 A g-1?下的可逆容量為 1029.8 mAh g-1。即使在 1 A g-1?的高電流密度下，它最初也能提供 934.0 mAh g-1?的可逆容量，并在 330 次循環后保持 98.2% 的容量 (918.0 mAh g-1)。這項工作證明了雙碳改性在開發高性能鋰離子電池電極材料中的潛在應用。
文章簡讀
由于電動汽車和智能電網的快速發展，鋰離子電池 (LIB) 正面臨著前所未有的挑戰，以滿足不斷增長的更高功率密度和能量密度的需求。?然而，商業 LIB 的容量在受到傳統石墨負極的限制，其理論容量僅為372 mAh g-1。過渡金屬硫化物是石墨的有前途的替代品，因為它們的高容量源于轉化機制。在過渡金屬硫化物中，具有兩種電化學活性元素的用于 Li+?存儲的 SnS 受到了極大的關注。結合轉化和合金化/脫合金反應使 SnS 具有 1136 mAh g-1?的高理論比容量，并且高本征電化學電導率實現了潛在的高倍率能力。
然而，在鋰化/脫鋰過程中 SnS 的劇烈體積變化會導致電極斷裂甚至粉化，導致容量快速下降。為了解決這個問題，已經報道了各種方法，主要分為兩種基本策略。一種策略是減少 SnS 的維度。較小尺寸的 SnS 可以縮短 Li+?擴散的路徑并釋放由體積變化引起的應變。另一種是用碳質材料構建復合材料。碳的引入可以有效地提高電導率并緩沖體積變化。由于 SnS 通常是通過在高溫下還原 SnS2?前驅體來制備的，因此在制備過程中 SnS 顆粒的生長和團聚是不可避免的。在這種情況下，通過碳材料限制 SnS 對于實現高性能可逆 Li+?存儲的制備至關重要。
在此，作者構建了一種雙碳限制的 SnS 納米結構，其中還原氧化石墨烯 (rGO) 支撐的 SnS 納米片被半石墨化碳包覆（復合材料表示為 SnS@C/rGO）。在制備過程中，SnS2?納米顆粒首先通過水熱反應分散在 rGO 納米片上。在隨后的煅燒過程中，SnS2?納米顆粒被還原為 SnS 并同時被乙醇蒸氣衍生的碳包覆。在水熱反應中，GO中豐富的-OH和-COO-官能團提供了許多吸附錫離子的錨定位點，確保了SnS2納米顆粒的良好分散，避免了后續煅燒中納米顆粒的緊密接觸，從而阻礙了SnS的生長。此外，在煅燒中原位形成的碳涂層進一步限制了 SnS。因此，與 rGO 載體或碳涂層的單碳改性相比，雙碳結構在高溫煅燒過程中提供了更好的 SnS 限制。因此，雙碳改性可實現更好的電子導電性，更有效地緩解體積效應，即使在重復放電/充電循環后，也為 SnS 的電接觸提供雙重保險。受益于雙碳限制，SnS@C/rGO 作為鋰離子電池的負極材料表現出顯著增強的倍率性能和循環穩定性。
兩步法成功制備的雙碳限制?SnS 納米結構中，?rGO 和半石墨碳涂層的雙碳限制了高溫煅燒過程中 SnS 的生長，實現了良好的電子導電性，并減輕了可逆 Li+?存儲過程中的體積效應。作為鋰離子電池的負極材料時， SnS@C/rGO 表現出高倍率性能和優異的循環穩定性，?在 1 A g-1?下，在330次循環中提供 927.7 mAh g-1?的高放電容量。?此外，作為全電池SnS@C/rGO//LiFePO4的陽極時，SnS@C/rGO提供了890.4?mAh g-1?的高初始可逆容量，并在55個循環后保持 506.8 mAh g-1。?這項工作證明了雙碳限制結構在開發高性能鋰離子電池負極材料方面具有廣闊的應用前景。
Min Lin,Deliang Cheng,Jiangwen Liu,Liuzhang Ouyang,Renzong Hu,Jun Liu,Lichun?Yang*,Min Zhu.Dual-Carbon-Confined SnS Nanostructure with High Capacity and Long Cycle Life for Lithium-ion Batteries.?Energy?Environ.?Mater.?2020.
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/eem2.12136
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