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在该项研究中,Xuefeng Tong等人采用了天然石墨作为正极材料,带有碳涂层的多孔铝箔作为负极,电解液经过特殊优化。其中多孔铝箔中的孔结构,不仅能够吸收循环过程中铝箔的体积膨胀,还能缩短锂离子的扩散距离,碳涂层能抑制Al箔体积膨胀并减少电解液界面的副反应。电解液添加了浓度达到4 mol/L的LiPF6,以便提高电池的容量,溶剂为EMC,并在电解液中添加5%的VC,用于提高Al箔表面的SEI膜的稳定性。
该电池表现出了良好的循环性能,在3.0-4.95V的电压范围内,2C的倍率下循环1000次容量保持率达到89.4%,其具有良好的倍率性能,在3084W/kg的功率密度下,其比能量达到204Wh/kg,这要约是商业锂离子电池的两倍(1000W/kg的功率密度下100Wh/kg),在446W/kg的功率密度下,比能量为232Wh/kg。
碳涂布多孔铝负极制备工艺较为简单,首先将铝箔采用电解的方法进行腐蚀处理,然后在其表面包覆一层PAN材料,经过低温固化和高温碳化后,即可在铝箔的表明形成一层碳层,可以多次重复PAN处理过程提高碳的含量,研究发现,一次碳包覆碳含量约为1.5%,两次碳包覆碳含量约为2.8%,三次碳包覆碳含量约为4%。
实验中碳包覆量过低或者过高对电池的倍率性能和循环性能都有不好的影响,两次包覆碳含量在2.8%的Al箔材料表现出了最好的循环性能和倍率性能。
该种双离子电池功率密度远高于传统锂离子电池,并且正负极材料均为低成本材料,对环境几乎无毒,并具有优异的循环性能,是一种十分有希望的下一代双离子电池。
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