铝离子电池正极材料的研究进展.docx

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1、背景介绍随着经济和社会的快速发展，能源在人类生活中发挥着越来越重要的作用。然而，传统的化石能源正在枯竭，并且随着其广泛使用，对环境造成r严重的影响。因此，开发高性能且可循环充放电的储能电池系统，对于最大化利用上述清洁可再生能源具有重耍意义.Al价格低廉且储量在地壳中储量较为半南，体积比容量最高，电化学当量和质量比容量仅分别略高于和低丁U,因此铝离子电池具有非常广翎的发展前景.然而，铝离子电池正极材料尚存在着一些问题：循环梗定性强但放电比容量低或放电比容量高但容氏衰减严重0此外，充放电反应机理上也存在分歧，这些问题的存在限制了高能量密度铝离子电池的进一步发展。文章亮点总结了铝离子电池的国内外研究

2、现状分析和发展趋势：对锂离子电池目前存在的相关问题进行了分析与展望。内容介绍1国内外研究现状分析和发展趋势1.1 招电池的发展历史和现状娟在充放电过程中能提供3个电子具有高电荷存储能力,恰离子电池具有更高的理论能依曲度(8046mAtcn?).约为锂离子电池的4倍.目籥,铝离子电池的电斛液有水系和有机系这两大类.水系电裤液具有价格便宜，生产工艺简胞和使用方便等优势.1.2 破化物作为正极材料的研究2015年，开发了AI-PG，泡沫石型电池.如图lalc,发现电池l极材料能修实现快速的阴离子(AIClQ脱嵌“在电流击度为4,000mA/g下，充电时间约Imin,并能承受邮过7500次循环而不发生

3、容信衰减.RIu/i不泡沫的打描电子显微位图Ib.铝/公里池泳电池在电近击度为MOOmA，g时的恒流充放电图IC.i.,；石序泡沫电池在4000mA电流密度下进行7500次长砧环性舱图:&在电端密度为100nA时.GBHC正做材科的25000次长循环性能图：Fi.la.SEMimagetrfg11hitefoam:b.GaivanoMaticcharge-dischargeingeofaluminunVr4ihitcfoamhanerjatacurrentdensityof4WXIf111lg.c.7500kngccksperformanceOfaluminu11j!11phileRximha

4、ltcryal4(KX)mAcurrentdemity11.d.250001.ongYyCIeSperformanceofGF-HCcaihodcatacurrentdensityof100mA1.3 金J疏化物正极材料的研究佥属能化物作为正极材料在多价离子电池体系中干j很大的应用潜力。还比较了SnS2和G-SnS:（G指氧化石理烯）正极材料的电化学性能,其电化学性能如图2a2b所示，通过对比可知，相比于SnS?电极容M地急剧费减，GSnS2电极行更好的容求保持率。这可能是由于SnS?中加入的石墨烯.形成了分层结构.该结构加速了禹子在其中的脱战.行利于电板结构的柩定，有效地地抑制了SnS?电极

5、容量的衰减,如图2c2d所示，从两者的交流阻抗和倍率性能图中可以发现，SnS?电极的界面阻抗远大于G-SnS2电极的界而皿抗SnS：电极的倍率性能不如G-SnS2电极，这可能由于氧化石凝烯加入，增诳了SnS?电极的好电性,促进电子在电极中的传输.r5i*41r/n图2应在电流为100mA为时,GS和SnS:正极的0:WSf电池的第和第5尚充放电曲线：b小描速率为0.5mV的G-SnS:和SnS:电极的fi环伏安Rhc.G-SnS:和SnS:电极的电化学用抗诺图：d.在不同的充放电电流密度下电极的放电比容量Fig.2a,ir%ttmfifthcyclecharjjcdi*ch4rgccurves

6、OfA1.innMtCriCSwithG-SnSiandSnS:cathodesntacurrentof100mA.b.CVplotsofG-SnS?andSnSickctnMicaascanrawof0.5mV/s：c.EISplotsofG-SnSzandSnS:electrodes;dDlWhUrgCspcccafccapacitiesofelectrodesa(dftcrcmcharge-dischargecurrentdetiMtiei14H化物作为正极材料的研究2011年，报道了将A俨可逆插入到V2Os纳米线正极中，并将这种电池系统称为可充电铝离子也池(RAIB).如图4a、4b,

7、电池的工作电压较低，放电平台在0.55V以下，循环寿命较短(仅20个循环)。1.i等报道了无粘结剂笈化物正极材料的优势，该正极通过H接将VQ5沉积在泡沫爆集波体上合成,得到Ni-VQS正极.如图4c、4d所示“B4a.Al礴f液体vh电池的无放电图;h.依循环性侵图c.VQ,纳米纹I,PTFE枯结剂的恒流放电图dNi-V2,(无格玷剂)作正极材村的电池恒兼放电图F.4;i.Clare*nbtndcrnsIbeplneekcUx!eIiiulctia13铝高了电池充放电反应机理目前,日离子电池充放电反应机理主要分为AIck阴离子脱嵌和Al“阳离子脱嵌，结论与展望2.1 碳类材料搠行极好的循坏稳定

8、性和倍率性能以及相对较高的功率密度.但是碳类材料的能量密度偏低，主要归根于在其内部嵌入的是单价AhQJ而不是三价A四离子，导致I个卷子的移动只能传递垠个电子,而没有发挥出A产肉于3个电子的优坍,若实现三价A匹在碟类材料中脱嵌,则能大大提高其能城密度.2.2 构建以纳米薄片为结构埴元的三维系级微纳复合结构正极材料.利用纳米碳材料的良好导电性能时金属硫化物膨胀和重新团娘的比媛作用，可人梯改善过渡金属硫化物的铝离子电池正极循环性能.2.3 对弱化物（如弱化VO进行晶体结构调控，在层内结构中引入些危敏的金原阳离开或对巩/了进行取代或对翻窗子进行取代.通过层内离于掺朵可以提高层状机虢化物的电子电导率；检定层状钿氧化物的晶体结构，防止充放电过程中因Al嵌脱而发生结构坍塌.改善循环可逆性：刖如电化学反应过程对A产静电作用,使Al在层间的脱嵌更容易。