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传统的锂离子电池工作原理是在充电的过程中Li+从正极脱出，经过电解液扩散到负极，并嵌入到负极的层状结构中。在放电的时候，Li从负极脱出，经过电解液，重新嵌入到正极结构之中。在整个锂离子电池工作的过程中实际上只有Li在正负极之间流动，并携带电荷，因此这是一种单离子电池。
石墨材料是目前常见的锂离子电池负极材料，它能允许阳离子，例如Li+嵌入到其层状结构之中，这也是目前锂离子电池最重要的反应原理之一，但实际上早在1938年，Rüdorff 和 Hofmann两人就报道发现了阴离子也能够嵌入到石墨的层状结构之中，但是由于电解液的限制，这一技术一直没有应用到实际生产中，直到1989年McCullough才首次报道了基于水系电解液和碳质负极的双离子电池，从此以后双离子电池吸引了广泛的关注。
基于上述研究，人们提出了双离子电池的模型，既正负极均采用石墨材料，其工作原理是充电时，正极嵌入阴离子，如PF6-，而负极则嵌入阳离子，Li+，电解液中的锂盐LiPF6浓度随着下降，当放电的时候，正负极分别脱出阴离子和阳离子，电解液中的锂盐LiPF6的浓度也随之恢复。
相关研究表明PF6−, ClO4−,BF4−和TFSI-都能够嵌入到相应的碳负极材料之中，而且阴离子嵌入到石墨材料中的电势高达4.5V以上，而阳离子嵌入石墨负极的电势不足1.0V，因此两者的结合可以显著的提高石墨负极材料的电压窗口范围，但是目前的有机电解液在较高的使用范围下，无法稳定工作，导致双离子电池的循环性能很差，但是随着近年来离子液体技术的发展，为双离子电池的应用带来了曙光。
近日，中科院深圳先进技术研究院的Xuefeng Tong等人研发了一种基于涂炭铝箔负极的双离子电池，其中铝箔不仅作为集流体，更是用作负极材料。
相比于石墨材料，Al具有更高的理论比容量，当形成LiAl结构时，比容量可以达到993mAh/g，形成Li9Al4材料时，比容量达到2235mAh/g，电压平台仅为0.19-0.45V vs Li+/Li，相比于硅材料其具有更小的体积膨胀，形成Li9Al4时，体积膨胀仅为97%，并且Al材料还具有良好的导电性、易加工和低成本等优势，但是Al负极目前仍然需要提高其循环寿命。
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