Nano Energy：高容量無粘結劑納米晶GeO2反蛋白石陽極用于循環壽命長，電池電壓穩定的鋰離子電池

【引言】

便攜式消費電子產品的飛速發展促使下一代鋰離子電池面臨巨大的挑戰。與標準的LiCoO₂/石墨電池相比，具有顯著增強電化學性能的可擴展、低成本電極材料成為未來電池領域研究的熱點。因此，研究人員對鋰離子和后鋰離子電池技術的納米結構陽極和陰極材料的發展進行了大量的研究。例如在陽極方面，合金材料如Si和Sn已經成為許多Sb和Sn的混合氧化物研究的主題，表現出令人印象深刻的循環性能。

【成果簡介】

近日，考克大學Colm O'Dwyer（通訊作者）團隊證明，當作為鋰離子電池的陽極材料進行測試時，結晶大孔GeO₂反蛋白石表現出很高的容量保持率，電壓穩定性和非常長的循環壽命。從GeO₂ IOs獲得的比容量和容量保持率大于其他GeO₂納米結構報道的值，并且與純Ge納米結構相當。與純Ge納米結構不同，GeO₂ IO可以在空氣中制備而不需要復雜的處理程序，從成本和生產的便利性以及工業角度來看，GeO₂ IOs可能更具吸引力。反蛋白石相互連接，并且不需要添加劑和粘合劑。當以150和300mA/g的比電流分別循環時，GeO₂ IOs表現出在250和1000次循環中逐漸地容量衰減，同時保持高容量和穩定的電壓。在300mA/g的比電流下，第500次和第1000次循環后的比容量分別為?632和521mAh/g，相當于第二次循環的容量保持率分別為?76％和63％。相關成果以題為“High capacity binder-free nanocrystalline GeO₂ inverse opal anodes for Li-ion batteries with long cycle life and stable cell voltage”發表在了Nano Energy上。

【圖文導讀】

圖1 結構表征

（a-c）（a）和（b）俯視圖和（c）GeO₂ IOs的橫截面厚度的SEM圖像

（d，e）多孔結構（c）和構成IOs壁的納米顆粒（d）的典型GeO₂ IO的TEM圖像

（f）典型的GeO₂ IO的電子衍射圖案

圖2 循環伏安圖和充放電電壓曲線

（a）循環伏安圖

（b）第一，第二，第五，第十和第五十個循環的充電和放電電壓曲線

（c）第一百，一百五十，第二百和第二百五十個循環的充電和放電電壓曲線

（d）容量值和庫倫效率的比較

圖3 循環性能測試

（a）100次循環以上GeO₂ IO的倍率性能測試

（b）第1次，第2次，第10次，第25次和第50次循環的充放電電壓曲線

（c）對于在300mA/g的特定電流下充電并在1000mA/g的特定電流下放電的GeO₂ IO，第100,125,150,175和200次循環

（d）容量值和庫倫效率比較

【小結】

該團隊通過熱處理用乙醇鍺溶液填充的犧牲PS球體模板來制備GeO₂ IOs，GeO₂的電化學性能在比容量，容量保持率和電壓穩定性方面超過1000個循環，表明它們是用于長循環壽命鋰離子電池的非常有前景的陽極材料。

文獻鏈接：High capacity binder-free nanocrystalline GeO₂ inverse opal anodes for Li-ion batteries with long cycle life and stable cell voltage（Nano Energy, 2017, DOI: 10.1016/j.nanoen.2017.11.007）

本文由材料人生物材料組Allen供稿，材料牛整理編輯。

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