Nature Commun.: 具有TiS2涂层的VS2片作为锂离子电池正极材料

Yolerz

2019-04-17

与作为半导体的绝大多数过渡金属二硫化物不同，二硫化钒具有金属导电性，这使其特别有希望作为锂离子电池的电极材料。然而，由于在循环期间大的Peierls变形，二硫化钒表现出差的稳定性。

美国伦斯勒理工学院Nikhil Koratkar课题组报道了通过用~2.5 nm厚的TiS₂层涂覆VS₂薄片，可以增强其在锂离子电池的电化学环境中的稳定性。具体是通过CVD直接在碳纳米管集流体基板的表面上生长具有高结晶度的致密堆积的VS₂薄片，然后通过ALD在VS₂片上沉积共形TiS₂涂层。与裸VS₂相比，TiS₂涂覆的VS₂的稳定性显著增强。DFT计算表明，与在锂化/脱锂过程中经历大的Peierls畸变的VS₂不同，TiS₂晶格保持相对不受干扰。因此，TiS₂涂层能够作为提供电化学和力学稳定的载体，从而稳定内部的VS₂材料。

TiS₂保护涂层的性能优于ALD沉积的金属氧化物、氟化物和氮化物，另外，由于TiS₂也是TMD材料并且与VS₂兼容，TiS₂涂层不会抑制VS₂的比容量或倍率性能。最终，TiS₂涂层的VS₂正极具有~2 V的工作电压，高比容量和倍率性能，在400次充放电后实现容量保持率接近100％。

Lu Li, Zhaodong Li, Anthony Yoshimura, Congli Sun, Tianmeng Wang, Yanwen Chen, Zhizhong Chen, Aaron Littlejohn, Yu Xiang, Prateek Hundekar, Stephen F. Bartolucci, Jian Shi, Su-Fei Shi, Vincent Meunier, Gwo-Ching Wang, Nikhil Koratkar, Vanadium disulfide flakes with nanolayered titanium disulfide coating as cathode materials in lithium-ion batteries. Nature Communications, 2019.

DOI: 10.1038/s41467-019-09400-w

https://www.nature.com/articles/s41467-019-09400-w