深圳先進院在低成本高效儲能電池研究中取得進展

　　近日，中國科學(xué)院深圳先進技術(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隊在低成本、高效儲能電池研究方面取得新進展。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《先進材料》（Advanced Materials, DOI: 10.1002/adma.201603735），并申請1項國際發(fā)明專利（PCT/CN2016/081344）。

　　該團隊于今年3月在《先進能源材料》（Advanced Energy Materials, DOI: 10.1002/aenm.201502588）上發(fā)布了一項全新的鋁-石墨雙離子電池技術(shù)，該技術(shù)一經(jīng)報道立刻受到了國際、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，且以廉價的石墨作為正極，以鋁箔同時作為負(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，唐永炳及其團隊成員仝雪峰、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/放電時間約為30分鐘）充放電循環(huán)1000次后容量保持率高達~90%，遠高于目前國家標(biāo)準(zhǔn)（GB/T 18287-2013）對移動電話蓄電池循環(huán)壽命的指標(biāo)要求；并且發(fā)現(xiàn)電池同時還具有優(yōu)異的倍率特性，在3分鐘內(nèi)充滿電時，其質(zhì)量能量密度高達~200Wh/kg，是傳統(tǒng)鋰離子電池的2倍左右。實驗證實：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；而碳包覆層在緩解體積變化效應(yīng)的同時還有助于形成穩(wěn)定的固態(tài)電解質(zhì)（SEI）膜，從而進一步提升了電池的循環(huán)壽命。該研究成果將有利推動新型鋁-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。

　　該項研究得到了廣東省創(chuàng)新科研團隊、廣東省科技計劃項目、深圳市科技計劃項目和國家自然科學(xué)基金等項目的資助。

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