具有大容量、低平台和高初始库仑效率(ICE)的单斜GeP已证明是用于锂离子电池（LIBs）的替代负极。然而，大量使用价格昂贵的Ge原料，阻碍了其进一步发展。

近日，华中科技大学李会巧教授通过在GeP中引入Zn取代，成功获得了一种新型Ge_1−xZn_xP固溶体，并在0.143 < x < 0.6之间有一个宽的可调范围。

文章要点

1）如此大的取代区域(60%)的Ge可以被锌原子取代)大大减少了锗原料的大量使用，降低了锗的价格。更令人惊讶的是，这样获得的Ge_1−xZn_xP材料说明了不同于m-GeP的新的新的相，其首次被证实属于F-43m空间组中的立方系统。因此，通过引入Zn取代可以成功地将GeP相结构从单斜结构转变为立方结构。与传统的m-GeP相比，这种立方Ge_1−xZn_xP相(c-Ge_1−xZn_xP)具有更高的金属电导率，被认为更适合LIBs应用。

2）研究人员使用各种实验工具，包括XRD Rietveld、Raman、XPS、XANES和EXAFS以及第一原理计算来研究这种新型c-Ge_1−xZn_xP的结构特征和物理化学性质。

3）当用作LIBs的负极时，得益于其更高的金属电导率，这种立方c-Ge_1−xZn_xP比其未掺杂的单斜m-GeP相具有更好的速率性能，例如，在2000 mA g^-1下为881对283 mAh g^-1的高容量，同时保持了m-GeP的大容量、低平台和高ICE的巨大优势。因此，组装的LiCoO2//Ge1-xZnxP全电池表现出超过1000 mAh g^-1的大可逆容量。

这种通过原子替代的相控制策略可以为相多样性提供一种新的理解，并且可以很容易地扩展到操纵其他多相材料的电化学行为。

参考文献

Yaqing Wei, et al, Triggering the Phase Conversion of GeP from Monoclinic to Cubic by Zn Substitution toward a High-Rate Ge_1−xZn_xP Solid Solution Anode for Li-Ion Batteries, Adv. Energy Mater. 2022

DOI: 10.1002/aenm.202202884

https://doi.org/10.1002/aenm.202202884