纖維素基三元纖維狀二氧化鈦 - 四硫化三鎳 - 碳復合材料及其高效儲鋰性能

四硫化三鎳（Ni?S?）基材料具備較高理論容量與優異的氧化還原可逆性，是極具前景的鋰離子電池負極候選材料。但該材料存在本征電導率偏低、充放電過程體積膨脹顯著以及多硫化物穿梭效應等問題，惡化電化學性能，制約其實際應用。針對上述難題，本文以天然纖維素作為碳源與結構骨架，結合水熱法與溶膠 - 凝膠法制備出三元纖維狀 TiO?-Ni?S?- 碳復合材料。

該材料保留纖維素前驅體的三維網絡納米結構；均勻分散的 Ni?S?納米顆粒包覆于碳纖維表面，外層再生長 TiO?納米片。得益于空間有序的 TiO?/Ni?S?/ 碳三元復合結構，該材料用作鋰離子電池負極時展現出優異電化學性能。其中，TiO?包覆層可充當防護層，抑制多硫化物穿梭效應，穩定固體電解質界面膜（SEI 膜）；碳纖維與 TiO?包覆層形成協同作用，緩沖活性物質體積膨脹、避免材料粉化，維持電極結構完整穩定。與此同時，Ni?S?-TiO?異質結能夠加快電荷傳輸，提升贗電容貢獻，進一步優化儲鋰性能。

電化學測試結果表明：TiO?-Ni?S?- 碳負極在 1.0 A g?1 電流密度下循環 3000 圈后，可逆放電容量可達 600.2 mAh g?1，容量保持率 70.3%。全電池測試中，該負極在 1.0 A g?1 條件下循環 3000 圈后可逆容量為 107.4 mAh g?1，能量密度達到 224.3 Wh kg?1，充分證明該復合材料具備鋰離子電池負極材料的應用潛力。

作者

郭元一、金宇杰、陳維翔、黃建國 *

作者與論文相關信息

發表期刊：《ACS 應用材料與界面》，2026 年