深圳先进院研发高性能中空界面微结构铝负极材料

最近，中国科学院深圳先进技术研究所功能薄膜材料研究中心的研究员唐永兵和他的研究团队成功地开发了一种具有中空界面结构的金属铝箔阴极材料，并将其应用于高效低成本的双离子电池。

唐永兵介绍说，新结构有效地解决了廉价金属阴极材料在充放电过程中体积膨胀和循环性能差的问题。相关研究结果:由泡沫纸状界面设计形成的超稳定固体电解质层及其在高效双离子电池中的应用已在材料杂志《高级材料》在线发表。

随着便携式电子设备和电动汽车市场规模的迅速发展，对高能量密度和低成本二次电池的需求日益迫切。目前，商用锂离子电池大多采用石墨负极材料，理论比容量为372 mAh·g-1，压实密度低，限制了锂离子电池能量密度的进一步提高。

据报道，通过与锂离子的合金化/脱合金化反应，廉价的金属阴极通常具有较大的比容量，并有望获得较高的能量密度。"其中，铝的理论比容量高达2234 mAh·g-1(li9al 4)，储量丰富，价格低廉."唐永兵说，“但是，铝阴极在电池反应过程中会产生一定的体积膨胀，从而影响电池的循环稳定性。”

基于上述考虑，唐永兵和他的团队成员秦、王蒙、李娜等人成功研制出一种具有中空界面微结构的金属铝箔材料。同时，进行了活性材料和集流体的一体化设计，并成功应用于新型高效低成本的双离子二次电池。

唐永兵说:“我们采用结构设计和改性铝箔作为负极活性材料和集流体，膨胀石墨作为正极和常规电解液。与传统锂离子电池相比，新型二次储能电池具有更高的工作电压(平均放电电压约为4.2 V)，同时，活性物质比例和能量密度显著提高，制造成本大大降低，环境友好。”

此外，中空微结构的界面设计使得锂铝合金的生成区域成功地被限制在中空界面中，从而有效地缓解了铝阴极在合金化过程中的体积膨胀，获得了高度稳定的SEI膜。

该团队的研究结果显示，在半小时的充放电速率下，经过1500次循环(2C)，新电池的容量保持率高达99%。此外，即使当功率密度高达2113瓦·千克1时，电池的能量密度也是169瓦·千克1(10摄氏度，充放电时间为6分钟)，远远高于大多数商用锂离子电池。

唐永冰指出:“我们的研究成果对开发廉价的金属阴极材料具有指导意义，有望推动基于廉价金属阴极的高能量、低成本二次电池的发展。”(丁宁宁、沈春雷)