稳定铝离子电池: 非石墨体系自支撑，无粘结剂，多级孔结构正极

2018-01-30 08:53:26 中国科学院上海硅酸盐研究所　点击量：评论 (0)

随着人们对于储能器件日益增长的需求和相对稀缺和分布不均的锂资源，人们开始考虑新一代的储能电池来代替当前广泛商业化的锂离子电池。

随着人们对于储能器件日益增长的需求和相对稀缺和分布不均的锂资源，人们开始考虑新一代的储能电池来代替当前广泛商业化的锂离子电池。铝离子电池凭借其丰富的资源分布，便宜的价格和相对安全受到了广泛的关注和研究。初期的铝电池研究偏重于以铝盐水溶液为电解液体系的水系铝离子电池，但是所使用的电解液对于负极铝的腐蚀严重影响了电池的使用寿命和稳定性。针对这些问题，新型甲基咪唑盐类离子液体电解液的提出和运用，铝离子电池的性能得到了大幅度的提升。但是目前的研究尚处于初期阶段，不仅当前以石墨类正极为研究重点的铝电池的放电容量（70-150 mAh g-1）有待提高，而且铝电池的循环稳定性和电极副反应等都是目前研究遇到的难题。所以开发更多合适做为铝离子电池正极材料是当前研究的重点。

针对以上问题，昆士兰大学王连洲课题组胡宇翔等研究人员和南京航空航天大学彭生杰教授课题组合作，设计了一种具有出色机械柔性和多级孔结构的非石墨类自支撑，无粘结剂电极（Co9S8@CNT-CNF），并首次运用在铝离子电池中。这一正极材料凭借自身结构优势有效避免了普通电极的集流体和粘结剂在铝离子电池中的副反应对整体电池性能的影响。加上其多孔和碳支持的整体结构有利于电解液渗透、更多反应位点暴露和反应电子传输，极大的加快了电极动力学的过程。在100 mA g-1电流密度下初始放电容量高达315 mAh g-1，并且在200圈循环后依旧保持297 mAh g-1的容量。即使把充放电速度提高10倍在1 A g-1的电流密度下，初始放电容量依旧在154 mAh g-1并且在长达6000圈的循环后依旧保持87 mAh g-1的容量，是目前报道的最为稳定的非石墨类铝电池材料之一。文中通过对循环后电极的系统表征和与初始电极的对比也论证了这一正极材料在铝离子电池中的出色电化学稳定性机理。综上，这一新型的自支撑，无粘结剂电极（Co9S8@CNT-CNF）是一类具有较好前景的铝离子正极材料，也为之后铝离子正极材料的探究提供了一条借鉴思路。相关文章在线发表在Advanced Materials（DOI: 10.1002/adma.201703824）上。