为了提高锂离子电池（LIBs）的能量密度，人们积极寻求在低电压下与锂离子合金化以对抗Li/Li⁺的高容量负极。到目前为止，硅（Si）因其高比容量和高成本效率而被研究得最为广泛。然而，锗（Ge）是一个有趣的替代方案。虽然Ge的理论比容量（1600 mAh g^–1）仅为Si的一半，但其密度是Si的两倍多（Ge，5.3 g cm^–3；Si，2.33 g cm^–3），因此Ge的单位体积存储电荷比Si高。此外，与Si相比，Ge的离子扩散率高400倍，电子电导率高4个数量级。然而，与Si类似，Ge需要被结构化以承受在反复锂化过程中产生的应力。鉴于此，剑桥大学的Michael De Volder教授和Changshin Jo等利用亚稳态相分离（Spinodal Decomposition）方法制备了直径约为2 μm的二次颗粒，该二次颗粒由嵌入碳基质中的~30 nm的Ge纳米颗粒混合物组成，用于锂离子电池负极。

本文要点：

（1）本工作展示了一种使用亚稳态相分离来产生微米级二次粒子的方法，该二次粒子由Ge和碳的混合物组成，而不需要任何昂贵的设备。

（2）本工艺实现了较低的比表面积以及较高的电极密度。通过优化二次颗粒的直径以适应石墨颗粒之间的自然间隙，可以制造高密度和稳定的混合电极。通过与天然石墨形成双峰尺寸分布，在混合电极中实现了约1.67 g cm^–3的高填充密度。

（3）这些锗-碳颗粒的二级结构允许超过1100 mAh g^-1的比容量和100次循环后91.8%的容量保持率。总体而言，这些电极比非结构化的材料具有更高的倍率性能和循环稳定性。

Changshin Jo, Bo Wen, Hyebin Jeong, Sul Ki Park, Yeonguk Son, and Michael De Volder. ACS Nano Article ASAP

DOI: 10.1021/acsnano.2c12869

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.2c12869