Energy Environ. Sci. ：V5S8石墨杂化纳米片——性能优异的钠离子电池阳极材料

【引言】

储能器件中LIBs独占鳌头，几乎垄断消费类电池和汽车动力电池的市场，未来还将普及到通用输电网络的大型储能电站。但锂资源短缺却是个不得不面对的问题，可能将宏伟蓝图变成美梦一场。钠离子电池的研究几乎和锂离子电池同时开始，在1992年索尼公司将锂离子电池商业化后淡出视野，在锂电疯狂发展受存储量限制发展时，以其储量充沛的优势再次热门起来。与Li⁺（0.076nm）相比，Na⁺(0.102nm)半径要大出许多,寻找一个尺寸合适且性能稳定的电极成为研究焦点。

【成果简介】

作为SIB阳极材料研究对象的有碳材料、金属合金（Sb, Sn,Se and SnSb）、金属氧化物（SnO₂ and TiO₂）和过渡族金属硫化物（TMDs: MoS₂, WS₂, NbS₂, and VS₂）。其中VS2不但具有较大的界面空间来存储Na⁺，而且还有许多Na⁺寄主空位，相比碳材料有更高的机械性能和较低的离子扩散能量势垒。该阳极材料的缺点在于离子扩散时发生各向异性，设计特定的结晶学平面控制扩散方向以最大化脱嵌效率成为研究难点。来自华南理工大学的杨成浩教授和南卡罗来纳大学的Kevin Huang教授（共同通讯作者）课题组近日在Energy & Environmental Science上发表了题为V₅S₈–graphite hybrid nanosheets as a high rate-capacity and stable anode material for sodium-ion batteries的文章，报道了一种具有大量电子/离子扩散通道的三维V₅S₈复合物的钠离子电池阳极材料。据了解这是第一次作为阳极材料被报道，而且在容量、倍率性能和循环稳定性上均有杰出表现。

【图文导读】

图1.VS₂和V₅S₈的晶粒结构图

1.（A）和（C）是VS₂原子排列的顶视图和侧视图

2.（B）和（D）是V₅S₈原子排列的顶视图和侧视图

3.灰色和阴影线中空心灰色球代表V原子，黄色球代表S原子

图2. ce-V₅S₈纳米片和ce-V₅S₈–C复合物的形貌结构表征图

（A）（C）（E）（G）和（B）（D）（F）（H）分别是ce-V₅S₈纳米片、ce-V₅S₈–C复合物的SEM、TEM、HRTEM和SADE衍射图

图3. ce-V₅S₈–C复合物作为SIB阳极材料的电化学性能测试图

1.(A)(D)(G)和(B)(E)(G)分别是1.0 A g^-1条件下前五次充放电测试图、倍率性能和循环性能测试图

2.（C）0.1 A g^-1 和 1.0 A g^-1条件下ce-VS₂纳米片作为SIBs阳极材料的充放电曲线图

3.（F）1.0 A g^-1条件下，ce-VS₂ 和 ce-V₅S₈纳米片作为SIBs阳极材料时的对比循环测试图

（以上测试电极材料的质量载荷都控制在0.77mg）

图4. ce-V₅S₈–C纳米片的循环伏安曲线(CV曲线)

0.1 mV s^-1扫描速率下ce-V₅S₈–C纳米片作为SIBs阳极材料前五次循环测试图

图5.充放电过程中结构变化及原理示意图

1.（A和C）是ce-V₅S₈–C复合阳极充放电曲线

2.（B和D）是该电极相应轮廓图和特定2Θ角度下该区域原位XRD衍射图

3.（E）是ce-V₅S₈–C复合阳极能量储存机理示意图

【小结】

在钠离子电池阳极材料的甄选中，通过与ce-VS₂和ce-V₅S₈的对比发现，ce-V₅S₈–C在容量、循环性和倍率性能上都表现出更好的实验结果，这可能归功于有利于电子/离子扩散和转换反应的三维单斜结构。原位XRD衍射表面高容量来自ce-V₅S₈–C结合钠离子发生的转换反应。总之，实验证实了ce-V₅S₈–C复合电极是很有前景的钠离子电池阳极材料。

文献链接：V5S8–graphite hybrid nanosheets as a high rate-capacity and stable anode materialfor sodium-ion batteries

本文由材料人编辑部   新能源学术小组 YueZhou 整理编译。

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