介绍一种新的锂电池负极材料――硅锗纳米管

去年的12月份，由美国西北大学、韩国汉阳大学和三星电子有限公司联合开发的一种新型锂离子电池负极材料正式面世，这是一种双层（硅NT和硅锗阵列）结构的电极。
    以往的单层硅纳米管被证明可以容许大量的锂离子进行可逆反应，这为更大容量锂离子电池设计及其安全运行提供了保障。但单层系统的缺点是：由于硅纳米管的低导电性和离子扩散性不能提供高倍率的放电模式，这就妨碍了硅纳米管做负极的锂电池被用作大型可再生能源。例如纯电动汽车和插电式混合动力汽车需要动力锂电池同时具有高能量密度和高功率密度。
    双层硅锗纳米管使锂电池结构的稳定性和电化学性能得到改进。基于动力学和电化学性能，硅和锗分别作为锂电池负极的内外层，双层次最大限度地减少了机械力的破坏和阴极的极化反应。
    从外观上来年看，双层电极的厚度为10~15纳米，这与原来单层硅纳米管的硅壳层厚度为15~20纳米不同。
    从容量来看，硅锗纳米管的第一次放电容量为1544.6mAh，充电容量为1746.1mAh，其工作电压为0.01V~2.0V，充电倍率为0.2C，其首次库仑效率达到88.5%，比之前的锗纳米线的电极更高。
    硅锗电极系统在3C充电倍率下为锂电池充电可以充入61%的容量，这比单层的硅电极高出两倍多，这是由于新的锂电池负极结构具有更快捷的电导性和高锂离子扩散系数。同时，其内部电阻要低得多。
    经过上述原理的设计，采用新材料的锂离子电池负极显示出可改进同质化硅系统的性能，其3C充电模式下的容量提高了两倍，并能在50次循环后仍然保留85%的容量。