分会

第三十九分会：先进化学电源

摘要

高熵合金(HEA)由于其独特的高熵效应在传统合金、能源转换以及能源储存材料领域具有巨大的应用潜力。而在锂离子电池电极材料中，多为无储锂活性的过渡金属及其氧化物，无法实现构建高能量密度电池体系的目标。鉴于此，本实验结合负极材料的特点，依据高导电性和高储锂活性两项原则筛选元素，合成出一种原子无序的Ge-Sn-Sb-Si-Fe-Cu-P高熵合金。其中具有高储锂活性的Si、Ge、Sn、P等元素可贡献巨大的容量，具有高导电性的Fe、Cu等元素为快速的电子传输提供条件，用于锂电负极时，Ge-Sn-Sb-Si-Fe-Cu-P展现了超高的可逆性(ICE=91%)、大的放电容量(1448 mAh g-1)和安全的电压平台(~0.5 V)。此外，将高熵合金颗粒封装在碳基质中，形成了一种类似火龙果结构，其中碳基质即可作为导电剂提高电子电导率，还可作为缓冲物减轻锂化后的合金材料体积膨胀带来的容量快速衰减的现象。得益于上述的合理合计，Ge-Sn-Sb-Si-Fe-Cu-P复合材料表现出卓越的循环稳定性(＞1600 h)和出色的倍率性能(787 mAh g-1和63%, 2000 mA g-1)。本实验成功验证了高熵合金在负极材料应用的可能性，可通过元素筛选、结构设计以及形貌调控等手段构建出应用场景广、性能优异的高熵材料，实现性能的可调控性。

关键词

高熵合金；负极材料；首次库伦效率；锂离子电池

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