锗纳米线在锂-锂循环过程中可逆的纳米孔形成:原位透射电镜研究

纳努·莱特，2011,DOI:10.1021 / nl2024118

保持可充电锂离子电池的高能量密度，关键取决于电极材料微结构的循环稳定性。我们报道了在原位透射电子显微镜(TEM)下，单个锗纳米线在锂-锂循环过程中可逆地形成纳米孔。插入锂后，初始晶态Ge经历了两步相变过程:形成中间非晶态LixGe和最终晶态Li15Ge4相。纳米孔仅在脱氢过程中形成，涉及锂萃取产生的空位聚集，类似于脱合金过程中多孔金属的形成。我们观察到一个deliation front将致密的Li15Ge4晶体纳米线段与由相互连接的无定形Ge韧带组成的多孔海绵状段分开。这个前沿沿着导线以对数时间定律扫过。有趣的是，多孔纳米线表现出快速的锂化/锂化速率和优异的力学鲁棒性，这分别归因于锂的高扩散速率和易于应力松弛的多孔网络结构。这些结果表明，锗可以形成可逆的纳米多孔网络结构，是一种具有优异能量容量、倍率性能和循环稳定性的锂离子电池负极材料。