深圳先進(jìn)院在低成本高效儲(chǔ)能電池研究中取得進(jìn)展

　　近日，中國科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院集成所功能薄膜材料研究中心研究員唐永炳及其研究團(tuán)隊(duì)在低成本、高效儲(chǔ)能電池研究方面取得新進(jìn)展。相關(guān)研究成果Carbon-Coated Porous Aluminum Foil Anode for High-Rate, Long-Term Cycling Stability and High Energy Density Dual-Ion Batteries（《基于碳包覆多孔鋁箔負(fù)極的高倍率、長循環(huán)、高能量密度雙離子電池》）在線發(fā)表于《先進(jìn)材料》（Advanced Materials, DOI: 10.1002/adma.201603735），并申請1項(xiàng)國際發(fā)明專利（PCT/CN2016/081344）。

　　該團(tuán)隊(duì)于今年3月在《先進(jìn)能源材料》（Advanced Energy Materials, DOI: 10.1002/aenm.201502588）上發(fā)布了一項(xiàng)全新的鋁-石墨雙離子電池技術(shù)，該技術(shù)一經(jīng)報(bào)道立刻受到了國際、國內(nèi)媒體及同行的廣泛關(guān)注。其工作原理有別于現(xiàn)有傳統(tǒng)鋰電，且以廉價(jià)的石墨作為正極，以鋁箔同時(shí)作為負(fù)極和集流體。與常規(guī)鋰電相比，該新型電池技術(shù)具有成本低、工作電壓高、安全性好、能量密度高等明顯優(yōu)勢。然而該電池技術(shù)的循環(huán)穩(wěn)定性仍有待提升，尤其需要改善鋁箔負(fù)極在充放電過程中的體積變化問題。

　　基于上述考慮，唐永炳及其團(tuán)隊(duì)成員仝雪峰、張帆等人通過一種簡單、可控的方法構(gòu)筑了一種新型碳包覆多孔鋁的復(fù)合負(fù)極材料。測試證明：這種新型多孔鋁箔/碳復(fù)合負(fù)極能顯著提高鋁-石墨雙離子電池的綜合性能，特別是循環(huán)穩(wěn)定性獲得了大幅度提升。循環(huán)性能測試發(fā)現(xiàn)：電池在2C高倍率下（充電/放電時(shí)間約為30分鐘）充放電循環(huán)1000次后容量保持率高達(dá)~90%，遠(yuǎn)高于目前國家標(biāo)準(zhǔn)（GB/T 18287-2013）對移動(dòng)電話蓄電池循環(huán)壽命的指標(biāo)要求；并且發(fā)現(xiàn)電池同時(shí)還具有優(yōu)異的倍率特性，在3分鐘內(nèi)充滿電時(shí)，其質(zhì)量能量密度高達(dá)~200Wh/kg，是傳統(tǒng)鋰離子電池的2倍左右。實(shí)驗(yàn)證實(shí)：這種新型多孔鋁箔/碳復(fù)合負(fù)極由于具有三維多孔導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，能有效緩解鋁箔和鋰離子合金化過程中產(chǎn)生的體積膨脹效應(yīng)，并且能顯著提高鋰離子的遷移率，從而使電池具有快充快放的特點(diǎn)；而碳包覆層在緩解體積變化效應(yīng)的同時(shí)還有助于形成穩(wěn)定的固態(tài)電解質(zhì)（SEI）膜，從而進(jìn)一步提升了電池的循環(huán)壽命。該研究成果將有利推動(dòng)新型鋁-石墨雙離子電池技術(shù)在新能源汽車、便攜式電子產(chǎn)品等領(lǐng)域的應(yīng)用。

　　該項(xiàng)研究得到了廣東省創(chuàng)新科研團(tuán)隊(duì)、廣東省科技計(jì)劃項(xiàng)目、深圳市科技計(jì)劃項(xiàng)目和國家自然科學(xué)基金等項(xiàng)目的資助。

基于多孔鋁箔/碳復(fù)合負(fù)極的新型雙離子電池結(jié)構(gòu)示意圖