科學(xué)家制成新型高容量鋰離子電池負(fù)極材料

自20世紀(jì)90年代索尼公司推出商業(yè)化的鋰離子電池后，鋰離子電池在此后20多年取得了極大的發(fā)展。但是，作為鋰離子電池最主要的負(fù)極材料，石墨具有的理論比容量只有372 mAh/g，成品電池的功率密度只有100-150 Wh/kg, 不能滿足下一代高容量高功率電池的需求。因?yàn)?，尋找新型高容量的?fù)極材料顯得迫在眉睫。

Ge 具有的理論比容量約為1600 mAh/g (4.3倍于石墨)，而且具有非常大的鋰離子擴(kuò)散系數(shù)(比Si高兩個(gè)數(shù)量級(jí))，是下一代新型高容量鋰離子電池的理想材料。但是，Ge的低導(dǎo)電性和循環(huán)中由于體積形變產(chǎn)生的應(yīng)力，導(dǎo)致材料的結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，這些不足阻礙了Ge的進(jìn)一步應(yīng)用。

Oliver G. Schmidt課題組最新報(bào)道了一種新型高導(dǎo)電性Ge/Ti 多層薄膜。他們?cè)诠杵刃可弦粚庸饪棠z，然后采用電子束沉積的方法依次沉積Ge和Ti，最后將樣品浸入丙酮，形成多層管狀Ge/Ti復(fù)合材料。

文中所得多層管狀Ge/Ti復(fù)合材料，由于Ge與Ge之間有高導(dǎo)電性Ti作為導(dǎo)電通道，極大地提高了復(fù)合材料的的導(dǎo)電性(2.38•10-2 S•cm-1)，比純Ge管狀材料導(dǎo)電性高兩個(gè)數(shù)量級(jí)(1.28•10-4 S•cm-1)。另一方面，由于Ti的存在，Ge/Ti復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性得到了很大的提高。在材料導(dǎo)電性和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性都得到很大提高的情況下，可以預(yù)見(jiàn)，Ge/Ti復(fù)合材料的充放電循環(huán)性能和倍率性能都將得到很大的提高。文中模擬電池測(cè)試表明，在充放電一百個(gè)循環(huán)之后，復(fù)合材料的比容量穩(wěn)定在915 mAh/g，高于同等條件下的純Ge電極(480 mAh/g)。

以上研究表明這種新型Ge/Ti復(fù)合材料作為下一代高容量鋰離子電池負(fù)極材料的極大前景,相關(guān)結(jié)果發(fā)表在Advanced Materials上。