穩(wěn)定鋁離子電池: 非石墨體系自支撐，無粘結劑，多級孔結構正極

2018-01-30 08:53:26 中國科學院上海硅酸鹽研究所　點擊量：評論 (0)

隨著人們對于儲能器件日益增長的需求和相對稀缺和分布不均的鋰資源，人們開始考慮新一代的儲能電池來代替當前廣泛商業(yè)化的鋰離子電池。

隨著人們對于儲能器件日益增長的需求和相對稀缺和分布不均的鋰資源，人們開始考慮新一代的儲能電池來代替當前廣泛商業(yè)化的鋰離子電池。鋁離子電池憑借其豐富的資源分布，便宜的價格和相對安全受到了廣泛的關注和研究。初期的鋁電池研究偏重于以鋁鹽水溶液為電解液體系的水系鋁離子電池，但是所使用的電解液對于負極鋁的腐蝕嚴重影響了電池的使用壽命和穩(wěn)定性。針對這些問題，新型甲基咪唑鹽類離子液體電解液的提出和運用，鋁離子電池的性能得到了大幅度的提升。但是目前的研究尚處于初期階段，不僅當前以石墨類正極為研究重點的鋁電池的放電容量（70-150 mAh g-1）有待提高，而且鋁電池的循環(huán)穩(wěn)定性和電極副反應等都是目前研究遇到的難題。所以開發(fā)更多合適做為鋁離子電池正極材料是當前研究的重點。

針對以上問題，昆士蘭大學王連洲課題組胡宇翔等研究人員和南京航空航天大學彭生杰教授課題組合作，設計了一種具有出色機械柔性和多級孔結構的非石墨類自支撐，無粘結劑電極（Co9S8@CNT-CNF），并首次運用在鋁離子電池中。這一正極材料憑借自身結構優(yōu)勢有效避免了普通電極的集流體和粘結劑在鋁離子電池中的副反應對整體電池性能的影響。加上其多孔和碳支持的整體結構有利于電解液滲透、更多反應位點暴露和反應電子傳輸，極大的加快了電極動力學的過程。在100 mA g-1電流密度下初始放電容量高達315 mAh g-1，并且在200圈循環(huán)后依舊保持297 mAh g-1的容量。即使把充放電速度提高10倍在1 A g-1的電流密度下，初始放電容量依舊在154 mAh g-1并且在長達6000圈的循環(huán)后依舊保持87 mAh g-1的容量，是目前報道的最為穩(wěn)定的非石墨類鋁電池材料之一。文中通過對循環(huán)后電極的系統(tǒng)表征和與初始電極的對比也論證了這一正極材料在鋁離子電池中的出色電化學穩(wěn)定性機理。綜上，這一新型的自支撐，無粘結劑電極（Co9S8@CNT-CNF）是一類具有較好前景的鋁離子正極材料，也為之后鋁離子正極材料的探究提供了一條借鑒思路。相關文章在線發(fā)表在Advanced Materials（DOI: 10.1002/adma.201703824）上。