Small:原位拉曼/透射电镜揭示C-S-Mn键增强的MnS储钠性能

近年来,研究者对高容量和低成本的钠离子电池阳极材料进行了深入的研究。其中,硫化锰(MnS)具有储量丰富,成本低和理论容量达616 mAh g-1等优点受广泛研究者关注。硫化锰作为钠离子电池阳极材料要真正商业化应用,必须克服以下缺点。首先,复杂和有争议的Na存储过程限制了其稳定性能的提升;其次,MnS电极在连续的钠化/去钠化过程中不可避免的体积效应会改变材料的形貌,从而使Na的存储容量逐渐衰减;第三,由于MnS的电导率较低,导致电化学反应缓慢,倍率性能较差;第四,多硫化物的高溶解性和损失进一步降低Na的存储容量。

针对以上问题,广西大学朱金良副教授团队联合东北师范大学吴兴隆教授和西南科技大学武开鹏博士通过对材料形貌和尺寸的设计以及利用原位表征技术发现MnS与N, S共掺杂碳之间原位生成的C-S-Mn键增强了MnS的钠存储性能。相关结果发表在Small(DOI: 10.1002/smll.202003001)上。

MnS@NSC具备纳米材料的优势之外,还存在碳壳与MnS之间的强相互作用和在原位生成的C-S-Mn键,使其具有超稳定的结构。原位透射电镜显示碳壳显著限制了单个MnS@NSC纳米立方体在钠化过程的体积变化。MnS和碳壳之间原位生成的C-S-Mn键可以支持MnS的可逆转化。原位拉曼光谱结果进一步表明MnS在MnS@NSC中可实现高度可逆,因此获得优异的比容量,出色的倍率性能和卓越的循环稳定性。作为钠离子电池的负极材料,MnS@NSC在电流密度为100 mA g-1下,可逆比容量为594.2 mA h g-1。此外,MnS@NSC在电流密度为1 A g-1下具有413.9 mAh g-1的可逆比容量,在3000次充/放电循环后仍然有329.1 mAh g-1的比容量,比容量保持率为79.5%,每个循环的容量衰减率仅为0.0068%。