鉅大LARGE | 點擊量：849次 | 2021年09月23日
用氧化鍺納米復合材料作為鋰離子電池陽極
近日，Kim等研究小組成員研究出一種新型的陽極材料MGeO3（M=Cu，Fe和Co）。在鋰極化的正向反向過程中，通過分析X射線吸收光譜從而觀察Ge−O鍵的可逆形成過程。正是由于過渡金屬納米粒子鍺的存在才使得反向鋰極化過程中金屬鍺再氧化反應得以增強。同時，此金屬納米粒子鍺在Li2O分解以及鍺與Li2O合金化反應過程中起到了催化劑的用途，其中此陽極材料（GeO2/Ge/C）中的鍺粒子的催化用途重要利用了GeO2以及碳涂層的部分還原性能。與GeO2/C納米復合材料相比，GeO2/Ge/C納米復合材料用作鋰離子電池陽極材料具有更高的電容量。該研究小組通過采用乙炔氣體進行還原反應并同時進行碳涂層操作而合成了GeO2/Ge/C復合材料。GeO2/Ge納米粒子將涂覆一層碳涂層，而且粒子團間最大間隙為30微米。
GeO2/Ge/C，GeO2/C以及GeO2的鋰離子飽和容量具體有多少將通過在硬幣型半電池中實驗得知。
通過實驗，研究小組得出以下結論：
1、*GB3①GeO2轉化反應的可逆性與GeO2/C碳涂層以及GeO2/Ge/C中鍺有關。
2、*GB3②納米結構有關可逆轉化反應來說至關重要，因為納米結構具有更大的表面積結構，這有利于加快反應速度。此外，納米結構體積變化相對穩定，因此可以保證在氧化鋰與氧化鍺的分解過程中Li2O與Ge體積相對接近。
符合Exic IIB T4 Gc防爆標準
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
3、*GB3③碳涂層有關轉化反應的可逆性來說是一重要影響因素。由于碳具有很好的導電性能，GeO2/C碳涂層以及GeO2/Ge/C碳涂層相互連接的網狀結構為電子的移動供應了有效的導電網絡，這有關轉化反應起到了推動的用途。此外，碳涂層網狀結構有關在充放電循環中體積的變化也起到了緩沖的用途。
4、*GB3④在Li2O的分解過程中Ge也起到了催化劑的用途。
上圖為不同材料的鋰化反應機制的示意圖。其中GeO2在GeO2-nano，GeO2/C以及GeO2/Ge/C中可逆反應機制如圖所示。GeO2納米結構是轉換反應的必要條件，而碳涂層可提高轉換反應的可逆性，GeO2/Ge/C中Ge元素粒子有關提高GeO2轉換反應可逆性起到了至關重要的用途。
最后，研究小組表示納米結構、碳涂層以及Ge元素粒子有關激活并提高轉化速率均起到了重要的用途。
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