分會

第三十九分會：先進化學電源

摘要

高熵合金(HEA)由于其獨特的高熵效應在傳統(tǒng)合金、能源轉(zhuǎn)換以及能源儲存材料領(lǐng)域具有巨大的應用潛力。而在鋰離子電池電極材料中，多為無儲鋰活性的過渡金屬及其氧化物，無法實現(xiàn)構(gòu)建高能量密度電池體系的目標。鑒于此，本實驗結(jié)合負極材料的特點，依據(jù)高導電性和高儲鋰活性兩項原則篩選元素，合成出一種原子無序的Ge-Sn-Sb-Si-Fe-Cu-P高熵合金。其中具有高儲鋰活性的Si、Ge、Sn、P等元素可貢獻巨大的容量，具有高導電性的Fe、Cu等元素為快速的電子傳輸提供條件，用于鋰電負極時，Ge-Sn-Sb-Si-Fe-Cu-P展現(xiàn)了超高的可逆性(ICE=91%)、大的放電容量(1448 mAh g-1)和安全的電壓平臺(~0.5 V)。此外，將高熵合金顆粒封裝在碳基質(zhì)中，形成了一種類似火龍果結(jié)構(gòu)，其中碳基質(zhì)即可作為導電劑提高電子電導率，還可作為緩沖物減輕鋰化后的合金材料體積膨脹帶來的容量快速衰減的現(xiàn)象。得益于上述的合理合計，Ge-Sn-Sb-Si-Fe-Cu-P復合材料表現(xiàn)出卓越的循環(huán)穩(wěn)定性(＞1600 h)和出色的倍率性能(787 mAh g-1和63%, 2000 mA g-1)。本實驗成功驗證了高熵合金在負極材料應用的可能性，可通過元素篩選、結(jié)構(gòu)設(shè)計以及形貌調(diào)控等手段構(gòu)建出應用場景廣、性能優(yōu)異的高熵材料，實現(xiàn)性能的可調(diào)控性。

關(guān)鍵詞

高熵合金；負極材料；首次庫倫效率；鋰離子電池

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