用氧化锗纳米复合材料作为锂离子电池阳极

近日，Kim等研究小组成员研究出一种新型的阳极材料MGeO3（M=Cu，Fe和Co）。在锂极化的正向反向过程中，通过分析X射线吸收光谱从而观察Ge−O键的可逆形成过程。正是由于过渡金属纳米粒子锗的存在才使得反向锂极化过程中金属锗再氧化反应得以增强。同时，此金属纳米粒子锗在Li2O分解以及锗与Li2O合金化反应过程中起到了催化剂的用途，其中此阳极材料（GeO2/Ge/C）中的锗粒子的催化用途重要利用了GeO2以及碳涂层的部分还原性能。与GeO2/C纳米复合材料相比，GeO2/Ge/C纳米复合材料用作锂离子电池阳极材料具有更高的电容量。该研究小组通过采用乙炔气体进行还原反应并同时进行碳涂层操作而合成了GeO2/Ge/C复合材料。GeO2/Ge纳米粒子将涂覆一层碳涂层，而且粒子团间最大间隙为30微米。

GeO2/Ge/C，GeO2/C以及GeO2的锂离子饱和容量具体有多少将通过在硬币型半电池中实验得知。

通过实验，研究小组得出以下结论：

1、*GB3①GeO2转化反应的可逆性与GeO2/C碳涂层以及GeO2/Ge/C中锗有关。

2、*GB3②纳米结构有关可逆转化反应来说至关重要，因为纳米结构具有更大的表面积结构，这有利于加快反应速度。此外，纳米结构体积变化相对稳定，因此可以保证在氧化锂与氧化锗的分解过程中Li2O与Ge体积相对接近。

3、*GB3③碳涂层有关转化反应的可逆性来说是一重要影响因素。由于碳具有很好的导电性能，GeO2/C碳涂层以及GeO2/Ge/C碳涂层相互连接的网状结构为电子的移动供应了有效的导电网络，这有关转化反应起到了推动的用途。此外，碳涂层网状结构有关在充放电循环中体积的变化也起到了缓冲的用途。

4、*GB3④在Li2O的分解过程中Ge也起到了催化剂的用途。

上图为不同材料的锂化反应机制的示意图。其中GeO2在GeO2-nano，GeO2/C以及GeO2/Ge/C中可逆反应机制如图所示。GeO2纳米结构是转换反应的必要条件，而碳涂层可提高转换反应的可逆性，GeO2/Ge/C中Ge元素粒子有关提高GeO2转换反应可逆性起到了至关重要的用途。

最后，研究小组表示纳米结构、碳涂层以及Ge元素粒子有关激活并提高转化速率均起到了重要的用途。