Energy Environ. Sci. ：V5S8石墨雜化納米片——性能優異的鈉離子電池陽極材料

【引言】

儲能器件中LIBs獨占鰲頭，幾乎壟斷消費類電池和汽車動力電池的市場，未來還將普及到通用輸電網絡的大型儲能電站。但鋰資源短缺卻是個不得不面對的問題，可能將宏偉藍圖變成美夢一場。鈉離子電池的研究幾乎和鋰離子電池同時開始，在1992年索尼公司將鋰離子電池商業化后淡出視野，在鋰電瘋狂發展受存儲量限制發展時，以其儲量充沛的優勢再次熱門起來。與Li⁺（0.076nm）相比，Na⁺(0.102nm)半徑要大出許多,尋找一個尺寸合適且性能穩定的電極成為研究焦點。

【成果簡介】

作為SIB陽極材料研究對象的有碳材料、金屬合金（Sb, Sn,Se and SnSb）、金屬氧化物（SnO₂ and TiO₂）和過渡族金屬硫化物（TMDs: MoS₂, WS₂, NbS₂, and VS₂）。其中VS2不但具有較大的界面空間來存儲Na⁺，而且還有許多Na⁺寄主空位，相比碳材料有更高的機械性能和較低的離子擴散能量勢壘。該陽極材料的缺點在于離子擴散時發生各向異性，設計特定的結晶學平面控制擴散方向以最大化脫嵌效率成為研究難點。來自華南理工大學的楊成浩教授和南卡羅來納大學的Kevin Huang教授（共同通訊作者）課題組近日在Energy & Environmental Science上發表了題為V₅S₈–graphite hybrid nanosheets as a high rate-capacity and stable anode material for sodium-ion batteries的文章，報道了一種具有大量電子/離子擴散通道的三維V₅S₈復合物的鈉離子電池陽極材料。據了解這是第一次作為陽極材料被報道，而且在容量、倍率性能和循環穩定性上均有杰出表現。

【圖文導讀】

圖1.VS₂和V₅S₈的晶粒結構圖

1.（A）和（C）是VS₂原子排列的頂視圖和側視圖

2.（B）和（D）是V₅S₈原子排列的頂視圖和側視圖

3.灰色和陰影線中空心灰色球代表V原子，黃色球代表S原子

圖2. ce-V₅S₈納米片和ce-V₅S₈–C復合物的形貌結構表征圖

（A）（C）（E）（G）和（B）（D）（F）（H）分別是ce-V₅S₈納米片、ce-V₅S₈–C復合物的SEM、TEM、HRTEM和SADE衍射圖

圖3. ce-V₅S₈–C復合物作為SIB陽極材料的電化學性能測試圖

1.(A)(D)(G)和(B)(E)(G)分別是1.0 A g^-1條件下前五次充放電測試圖、倍率性能和循環性能測試圖

2.（C）0.1 A g^-1 和 1.0 A g^-1條件下ce-VS₂納米片作為SIBs陽極材料的充放電曲線圖

3.（F）1.0 A g^-1條件下，ce-VS₂ 和 ce-V₅S₈納米片作為SIBs陽極材料時的對比循環測試圖

（以上測試電極材料的質量載荷都控制在0.77mg）

圖4. ce-V₅S₈–C納米片的循環伏安曲線(CV曲線)

0.1 mV s^-1掃描速率下ce-V₅S₈–C納米片作為SIBs陽極材料前五次循環測試圖

圖5.充放電過程中結構變化及原理示意圖

1.（A和C）是ce-V₅S₈–C復合陽極充放電曲線

2.（B和D）是該電極相應輪廓圖和特定2Θ角度下該區域原位XRD衍射圖

3.（E）是ce-V₅S₈–C復合陽極能量儲存機理示意圖

【小結】

在鈉離子電池陽極材料的甄選中，通過與ce-VS₂和ce-V₅S₈的對比發現，ce-V₅S₈–C在容量、循環性和倍率性能上都表現出更好的實驗結果，這可能歸功于有利于電子/離子擴散和轉換反應的三維單斜結構。原位XRD衍射表面高容量來自ce-V₅S₈–C結合鈉離子發生的轉換反應。總之，實驗證實了ce-V₅S₈–C復合電極是很有前景的鈉離子電池陽極材料。

文獻鏈接：V5S8–graphite hybrid nanosheets as a high rate-capacity and stable anode materialfor sodium-ion batteries

本文由材料人編輯部 ? 新能源學術小組?YueZhou?整理編譯。

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