吉大李楠團隊Nanoscale丨揭示金屬相MoS2的多層結構和鋰離子電池循環穩定性間的關系

01 導讀
近年來，一些基于1T-MoS₂的鋰離子電池的報道稱其具有顯著的鋰離子存儲性能。尤其是在高電流密度下，1T-MoS₂基陽極通常也能實現穩定的循環穩定性。這種穩定性通常歸因于整個體系結構中便利的電子轉移。然而，如果1T-MoS₂也經歷了類似于2H-MoS₂的結構退化，電導率的增強并不足以解釋其優異的循環穩定性。相反，1T-MoS₂穩健循環穩定性起源的獨特機制有待進一步探索

02 成果掠影
近日，吉林大學李楠教授團隊通過構建簡化的1T-MoS₂/Ti體系研究鋰離子（Li⁺）的存儲機理。通過分析1T-MoS₂/Ti和2H-MoS₂/Ti在循環過程中結構演變和電化學性能的差異，揭示高循環穩定性的來源。結合理論和實驗研究，證明了循環穩定性與納米片層數顯著相關。多層1T-MoS₂通過可逆形成三元化合物，有利于容納Li⁺。因此，大量的MoS₂晶體納米疇被保留下來，對可溶性硫化鋰物種提供錨定效應，從而增強1T-MoS₂陽極的循環穩定性。該論文以“Unveiling the relationship between the multilayer structure of metallic MoS₂ and the cycling performance for lithium ion batteries”為題發表在期刊Nanoscale上。
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03 核心創新點
1. 提出了一種層數相關的循環穩定性機制。多層1T-MoS₂通過可逆形成三元化合物，有利于容納Li⁺。
2. 多層的1T-MoS₂可以吸附多硫化物物種，抑制“穿梭效應”，從而增強1T-MoS₂陽極的循環穩定性。

04 數據概覽

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圖1 1T-MoS₂/Ti的(a)SEM照片；(b)TEM 照片；(c)高分辨TEM 照片；(d)圖(c)中所選區域的放大視圖；(e) HADDF-STEM照片；(f) Raman光譜和(g) 1T-MoS₂/Ti和2H-MoS₂/Ti的Mo 3d XPS光譜。

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圖2 1T-MoS₂/Ti和2H-MoS₂/Ti的電化學性能。(a)電流密度為100 mA g^?1的(a)2H-MoS₂/Ti和(b) 1T-MoS₂/Ti的循環穩定性和庫倫效率；(c) 2H-MoS₂/Ti和(d) 1T-MoS₂/Ti在0.2 mV s^?1掃描速率下的CV曲線。?

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圖3 S循環后電極的結構表征。(a) 2H-MoS₂/Ti和(b) 1T-MoS₂/Ti放電后的TEM照片；(c)對應的Mo 3d XPS光譜；(d) 1T-MoS₂放電5次循環后的HRTEM圖像；(e) 圖(d)所選區域的放大視圖;和(f)在(e)中所選區域的格距。

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圖4 (a, b)多硫化鋰(Li₂S₄和Li₂S₆)在1T-MoS₂吸附位點上的吸附能；(c-f)不同層數鋰化金屬MoS₂的熱力學相圖。

05 成果啟示
在這項工作中，我們構建了1T-MoS₂/Ti以研究1T-MoS₂作為鋰離子電池陽極的優越循環穩定性。結合實驗和計算分析，我們提出了一種層數相關的循環穩定性機制。多層結構的1T-MoS₂允許在Li+插層形成Li-Mo-S三元化合物。這種形成過程是可逆的，并產生了大量的MoS₂納米晶疇作為殘留物。在隨后的充放電循環中，這些MoS₂納米晶疇能夠很好地保留，并作為錨定物附著多硫化物物種，抑制穿梭效應，從而實現較為穩定的循環性能。這項工作為開發高性能的鋰電池1T-MoS₂基陽極奠定了基礎。

06 文獻鏈接
Zhipeng Liu, Kaiwen Wang, Guoqing Huang, Shuyi Yu, Xiaotian Li, Nan Li and Kaifeng Yu, Unveiling the relationship between the multilayer structure of metallic MoS₂ and the cycling performance for lithium ion batteries. Nanoscale, 2022.
https://doi.org/10.1039/D2NR00967F

本文由作者供稿。