磷掺杂二硫化钼在锌离子电池中的应用

黄美红，麦永津，揭晓华

（广东工业大学 材料与能源学院，广东广州 510006）

水系锌离子电池由于具有成本低、稳定性好、资源丰富、容量大（820mAh/g）等优点受到人们很多的关注[1]。尽管具有这些优点，寻找合适的锌离子电池正极材料并非易事。这主要是因为锌离子与正极材料之间的静电相互作用比较强烈。虽然水分子在锌离子周围的共插入可以缓冲它们的高电荷密度，但Zn2+的水合离子半径大，对插层材料的结构具有更高的要求[2]。

二硫化钼（MoS2）由于具有层间距大的层状结构，为离子提供大量的扩散通道，近年来，被研究人员应用于锌离子电池中。但没有进行改性的原始结构二硫化钼的可逆容量并不理想。其中一个主要原因是由于Zn2+的水合离子半径比较大，使其无法插入原始结构二硫化钼的层间。另一个主要原因是Zn2+与二硫化钼之间的静电相互作用大，导致Zn2+在二硫化钼层间的扩散动力学很缓慢。

本研究通过水热法制备磷掺杂MoS2纳米球（P-MoS2），并将其作为锌离子电池的正极材料研究它的储锌性能。首先，P掺杂使MoS2的层间距增大到了0.92nm，有利于锌离子的扩散。其次，P掺杂提高了MoS2的导电性，从而促进电子的快速扩散。最后，P掺杂提高了MoS2的结构稳定性，从而改善电极的循环性能。基于以上优点，在1.0A/g电流密度下，Zn//P-MoS2电池具有108.2mAh/g的高放电比容量，经过500次循环后容量保持率仍然有82.0%。

1 实验部分

1.1 材料的制备

本文采用水热法制备磷掺杂MoS2纳米球（标记为P- MoS2）[3]。首先将1.5g钼酸钠（Na2MoO4），2.2g硫代乙酰胺（CH3CSNH2）和0.2g磷酸二氢铵（NH4H2PO4）经过磁力搅拌溶解于40mL去离子水中。……