Nano Energy：高容量无粘结剂纳米晶GeO2反蛋白石阳极用于循环寿命长，电池电压稳定的锂离子电池

【引言】

便携式消费电子产品的飞速发展促使下一代锂离子电池面临巨大的挑战。与标准的LiCoO₂/石墨电池相比，具有显著增强电化学性能的可扩展、低成本电极材料成为未来电池领域研究的热点。因此，研究人员对锂离子和后锂离子电池技术的纳米结构阳极和阴极材料的发展进行了大量的研究。例如在阳极方面，合金材料如Si和Sn已经成为许多Sb和Sn的混合氧化物研究的主题，表现出令人印象深刻的循环性能。

【成果简介】

近日，考克大学Colm O'Dwyer（通讯作者）团队证明，当作为锂离子电池的阳极材料进行测试时，结晶大孔GeO₂反蛋白石表现出很高的容量保持率，电压稳定性和非常长的循环寿命。从GeO₂ IOs获得的比容量和容量保持率大于其他GeO₂纳米结构报道的值，并且与纯Ge纳米结构相当。与纯Ge纳米结构不同，GeO₂ IO可以在空气中制备而不需要复杂的处理程序，从成本和生产的便利性以及工业角度来看，GeO₂ IOs可能更具吸引力。反蛋白石相互连接，并且不需要添加剂和粘合剂。当以150和300mA/g的比电流分别循环时，GeO₂ IOs表现出在250和1000次循环中逐渐地容量衰减，同时保持高容量和稳定的电压。在300mA/g的比电流下，第500次和第1000次循环后的比容量分别为〜632和521mAh/g，相当于第二次循环的容量保持率分别为〜76％和63％。相关成果以题为“High capacity binder-free nanocrystalline GeO₂ inverse opal anodes for Li-ion batteries with long cycle life and stable cell voltage”发表在了Nano Energy上。

【图文导读】

图1 结构表征

（a-c）（a）和（b）俯视图和（c）GeO₂ IOs的横截面厚度的SEM图像

（d，e）多孔结构（c）和构成IOs壁的纳米颗粒（d）的典型GeO₂ IO的TEM图像

（f）典型的GeO₂ IO的电子衍射图案

图2 循环伏安图和充放电电压曲线

（a）循环伏安图

（b）第一，第二，第五，第十和第五十个循环的充电和放电电压曲线

（c）第一百，一百五十，第二百和第二百五十个循环的充电和放电电压曲线

（d）容量值和库伦效率的比较

图3 循环性能测试

（a）100次循环以上GeO₂ IO的倍率性能测试

（b）第1次，第2次，第10次，第25次和第50次循环的充放电电压曲线

（c）对于在300mA/g的特定电流下充电并在1000mA/g的特定电流下放电的GeO₂ IO，第100,125,150,175和200次循环

（d）容量值和库伦效率比较

【小结】

该团队通过热处理用乙醇锗溶液填充的牺牲PS球体模板来制备GeO₂ IOs，GeO₂的电化学性能在比容量，容量保持率和电压稳定性方面超过1000个循环，表明它们是用于长循环寿命锂离子电池的非常有前景的阳极材料。

文献链接：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组Allen供稿，材料牛整理编辑。

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