层状结构二硫化锡锂化反应的原位电镜观察

锂离子电池广泛应用于从个人电子产品到电动汽车等诸多储能领域。锂离子电池电极材料中最重要的一类是层状氧化物材料。在这种材料中，锂离子和金属离子嵌于氧化物结构中，锂离子在一定驱动力下可以嵌入和脱出结构。但实际情况下，锂离子的可循环脱出/嵌入量不超过特定阈值（对于LiCoO₂，大约50%的Li能抽出）。

与层状氧化物结构相似的二维层状硫化物也可用作锂电池电极材料。早在70年代，当时在Exxon工作的Whittingham用二硫化钛和锂金属电极设计了世界上第一个锂电池。二维层面中原子之间以强共价键结合，而层与层之间则以弱范德华力结合，为锂离子嵌入其层间提供了可能性。更有趣的是，对于二硫化锡（SnS₂）来说，在不同的放电电压下，二硫化锡可以与金属锂发生不同性质的多步反应，先后包括插层（嵌入）反应、转换（转化）反应、合金化反应。二硫化锡具有高理论比容量(～1231 mAh/g)，但目前只有合金反应部分用于实验中的锂电池。从反应原理来说，目前为止，人们对于整个复杂反应的微观过程还不完全清楚。比如，整个复杂反应过程中的反应路径、反应动力学、相变过程等。