磷化鍺作為鋰-鈉離子電池負(fù)極材料的研究.pdf

1、鋰離子電池因體積小、質(zhì)量輕、能量密度高等優(yōu)勢(shì)已廣泛應(yīng)用于移動(dòng)通訊、數(shù)碼產(chǎn)品等領(lǐng)域并占據(jù)較高的市場(chǎng)份額。近年來，隨著電動(dòng)汽車、儲(chǔ)能電站等新興領(lǐng)域的發(fā)展，現(xiàn)有的鋰離子電池已經(jīng)無法滿足社會(huì)日益增長(zhǎng)的需求。因此，開發(fā)新型低成本、高容量、更安全的鋰離子電池已成為一項(xiàng)至關(guān)重要的任務(wù)。作為鋰離子電池的重要組成部分，電極材料的優(yōu)劣將直接決定鋰離子電池性能的優(yōu)劣。在目前研究的負(fù)極材料中，磷和鍺都是具有儲(chǔ)鋰活性的元素，在二者單獨(dú)使用時(shí)，磷可以貢獻(xiàn)較高的理論

2、容量但導(dǎo)電性較差，而鍺具有較好的導(dǎo)電性但儲(chǔ)鋰后體積膨脹較大，循環(huán)性能差。本文提出將P和Ge引入到同一種化合物中，成功合成出一系列具有雙活性、高能量密度的磷化鍺及其含碳復(fù)合物，并研究其組成、結(jié)構(gòu)隨合成條件的變化以及電化學(xué)性能之間的關(guān)系。
　　以紅磷和鍺粉為原料，采用高能球磨法制備出不同組成的磷化鍺GePx(x=1,2,3,4,5,6)并進(jìn)行結(jié)構(gòu)和形貌的表征。除GeP具有單斜晶系結(jié)構(gòu)外，GePx(x=2,3,4,5,6)都對(duì)應(yīng)于菱方晶

3、系GeP5，但隨著Ge/P比例的增大，衍射峰逐漸向低角度方向偏移，而且這些不同組成的磷化鍺材料都是由納米顆粒組成的團(tuán)聚體。
　　分別對(duì)GePx進(jìn)行電化學(xué)性能的測(cè)試。GePx表現(xiàn)出較高的比容量和首次庫侖效率，但循環(huán)性能較差。通過高能球磨法與C復(fù)合獲得GePx/C復(fù)合物，能夠有效抑制體積膨脹，除了保持較高的比容量和首次庫侖效率外，循環(huán)穩(wěn)定性也得到顯著提高。而且Ge和P都表現(xiàn)出優(yōu)異的儲(chǔ)鋰活性，隨著Ge/P比例的增大，Ge的容量貢獻(xiàn)逐漸增

4、大而P的貢獻(xiàn)減弱。
　　以GeP5/C為例，進(jìn)一步研究其儲(chǔ)鈉性能。結(jié)果表明GeP5/C作為鈉離子電池負(fù)極材料時(shí)表現(xiàn)出較低的工作電壓、較高的比容量和穩(wěn)定的循環(huán)性能。并將GeP5/C與不同的正極材料（LiFePO4, LiCoO2, Na3V2(PO4)3/C和Na0.8Ni0.4Ti0.6O2）匹配成全電池，初步探索其在鋰/鈉離子全電池中的應(yīng)用前景。在鋰離子全電池中，LiFePO4與GeP5/C全電池的可逆容量較大，循環(huán)性能較好；L