北化工孙晓明/刘文/罗亮AFM: 超薄铝纳米片作为低成本、高性能锂离子电池负极

高容量铝金属被认为是一种很有前途的锂离子电池负极材料，但在锂化和脱锂过程中会产生粉化和副反应，这取决于纳米结构的合理设计和可控合成。

在此，北京化工大学孙晓明教授、刘文教授及罗亮副教授等人提出了在具有花冠状结构的碳纳米管上生长的超薄铝纳米片（Al-NS-CNTs）作为锂离子电池的负极材料，该纳米片是通过简便的一锅湿化学工艺制造的。结构表征表明，Al纳米片的超薄单晶性使电池循环时电极的合金化/去合金化具有高可逆性。

Al（111）的主暴露晶面增强了结构的机械稳定性并使电极具有优异的循环性能。此外，在Al-NS中引入CNTs（Al:CNTs=2:1）可以进一步提高电极的离子/电子电导率，为电极提供良好的倍率能力。

图1. Al-NS-CNTs的湿化学合成及结构表征

因此，基于优先暴露的Al (111) 晶面和小于5 nm的相当有限的厚度，电池在1 C 下表现出 990 mAh g^-1的高可逆容量和24 C下524.6 mAh g^-1的优异倍率容量，且具有长期稳定性，在 5、10 和 20 C 的高倍率下循环500次后几乎没有容量衰减。

DFT计算表明，用于快速Li⁺扩散的Al (111) 晶面的高杨氏模量和碳纳米管复合材料设计可实现高倍率能力并减轻放电/充电过程中的巨大体积变化。考虑到Al纳米片的简便合成和独特的超薄结构，这项研究为设计高电化学活性和结构稳定的锂离子电池负极材料提供了新途径。

图2. Al-NS-CNTs负极的电化学性能

Ultrathin Aluminum Nanosheets Grown on Carbon Nanotubes for High Performance Lithium Ion Batteries, Advanced Functional Materials 2021. DOI: 10.1002/adfm.202109112

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北化工孙晓明/刘文/罗亮AFM: 超薄铝纳米片作为低成本、高性能锂离子电池负极

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