华科李会巧EnSM: 半导体与非金属熔合成的锂离子电池用高导电性宽范围合金

开发具有快充能力的大容量电极一直是开发高能锂离子电池的目标。要设计出性能优良的电极，需要同时考虑足够大的容量、合适的电压平台和良好的离子/电子导电性。

在此，华中科技大学李会巧教授等人通过将半导体Ge融合到非金属P中，提出了一种具有宽范围可调域的新型金属Ge_xP_60-x固溶体，并证明了这是一种Ge-P二元合金，而不是典型的离子/共价化合物。

由于其独特的类磷层状结构，这些Ge_xP_60-x合金具有高导电性（~2.4×10⁶ S/m）。更具体地说，Ge-P 相互作用不像金属磷化物那样是强共价键，因此，在Ge_xP_60-x合金中不会发生基于金属磷化物化学键断裂的转化反应过程，取而代之的是合金化储锂机制。

图1. Ge_xP_60-x的电子电导率和热稳定性表征

因此，这样的Ge_xP_60-x是第一个可以同时表现出大容量（> 1800 mAh/g）、高可逆性（ICE> 90%）和合适的电压平台（~0.5 V）的合金，在15分钟内以较低的安全电压提供770 mAh/g快速充电。

非金属和半导体元素可以基于固溶体化学形成导电合金的这一发现为高性能负极家族注入了新鲜血液，并为用于储能的先进快充电极的材料设计提供了新策略。

图2. 具有快速充放电能力的Ge_xP_60-x合金的形态和电化学特性

Fusing semiconductor and nonmetal into a high conductive wide-range solid solution alloy for Li-ion batteries, Energy Storage Materials 2021. DOI: 10.1016/j.ensm.2021.08.001

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华科李会巧EnSM: 半导体与非金属熔合成的锂离子电池用高导电性宽范围合金

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