Small Methods：高性能鈉離子電池負極材料-硼氮共摻雜石墨烯負載的納米級CoS2和CoSe2

最新 08-01

作為鋰離子電池在大型儲能領域的理想替代品之一，鈉離子電池近年來受到業界的廣泛關注。但是鈉離子電池的發展依然面臨著能量密度低，循環性能差這兩個主要挑戰。為了推動鈉離子電池的發展，發展一種高比容量，高倍率性能和長循環壽命的電極材料是當務之急。最近，國內外學者研究了不同反應機制的負極材料，包括合金反應類，插層反應類和轉換反應類。其中，轉化反應類負極材料不僅具有高的理論比容量和合適的電壓平台，而且研究發現通過「job-sharing」機制，這類材料具有額外的儲鋰特性。過渡金屬硫屬化物特別是CoS2和CoSe2，已經廣泛應用於電催化領域，研究發現，其在鈉離子電池負極材料領域也有十分出色的應用前景。

近期，中國科學技術大學余彥教授課題組提出了一種製備硼氮共摻雜石墨烯負載的納米級過渡金屬硫屬化物（CoSe2/BNG & CoS2/BNG）的通用方法，將其應用於鈉離子電池負極材料，獲得了優異的電化學性能。他們通過溶液法和一步熱處理得到了硼氮共摻雜石墨烯負載的氧化鈷量子點，然後將其與適量的硫粉或硒粉混合，通過真空封管熱處理的方法得到相應的硫化鈷和硒化鈷負極材料。該工作研究了其作為鈉離子電池負極材料的電化學性能及充放電機理。通過將CoS2和CoSe2與硼氮共摻雜石墨烯複合，分別得到CoS2/BNG和CoSe2/BNG。此設計巧妙地利用硼氮共摻雜石墨烯的高導電性和有利於鈉離子存儲的特性，在增強CoS2和CoSe2電子電導的同時有利於緩解其體積變化效應，最終實現了電化學性能的大幅度提升。製備的CoSe2/BNG和CoS2/BNG在10A g-1的大電流下依然分別提供226 mAh g-1 和 387 mAh g-1的高比容量。CoSe2/BNG在1 A g?1的電流密度下保持270 mAh g-1可逆容量穩定循環2000圈。該工作的發現為過渡金屬硫屬化物的製備提供了一種簡便通用的方法，可以拓展應用於儲能或催化領域。

相關工作發表於Small Methods(DOI: 10.1002/smtd.201800170) 上。