东北大学伊廷锋教授团队《J. Energy Chem.》: 高性能非水系铝离子电池技术研究进展

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东北大学伊廷锋教授团队介绍了关于高性能非水系铝离子电池技术的最新进展。这篇综述对近年来在正极材料、负极材料、电解质和集流体等方面的研究进展进行总结，并对铝离子电池工作原理进行讨论。然后，分析了铝离子电池目前面临的挑战，并总结了提高其电化学性能的有效策略，包括形貌控制，表面工程，复合电极的掺杂与构建等。最后，提出了未来铝离子电池的研究方向和发展前景。相关成果以标题为“Advancement of technology towards developing high-performance non-aqueous aluminum-ion batteries”发表在Journal of Energy Chemistry。东北大学材料科学与工程学院博士研究生魏婷婷为论文第一作者。通讯作者：伊廷锋教授。此研究得到国家自然科学基金等资助支持。

在后锂时代，可充电铝离子电池被认为是最有前途的电池系统之一。铝作为地壳中储量最丰富的金属，因其成本较低、密度较小和安全性高的特点而备受关注。而且铝在电化学反应过程中可以交换3个电子，可以提供较高的能量密度和功率密度，在大型储能设备上有广阔的应用前景。铝离子电池最早出现于20世纪70年代初，在2010年再次受到了全球的关注，对铝离子电池基本原理和电极材料的研究逐渐增多。这也推动了全球电池技术的进步，缓解了锂离子电池开发的压力。

由于操作简单、环境友好等优点，早期对铝离子电池的研究主要集中在水系电池上。但铝表面氧化膜的形成，氢的副反应和阳极腐蚀等问题最终限制了水系电池的大规模应用。因此，铝离子电池的非水电解质，特别是具有低蒸气压和宽的电化学窗口的室温离子液体(ILs)，引起了人们的广泛关注。离子液体作为电解质的成功主要得益于钝化膜的消除和在室温下离子的快速传输。离子液体电解质将成为铝离子研究的主要发展方向。因此，非水系铝离子电池被认为是最有希望的高功率电化学储能器件之一。本文全面综述了非水系铝离子电池的每个组件，包括正负极材料、电解质、集流体等，并对每个组件的性能提升策略进行分析，提出了构建高性能铝离子电池的综合建议，为优化非水系铝离子电池的设计提供了更多思路。

 
图1 铝离子电池组成部分及电化学反应原理示意图。

图2 (a) 铝离子电池正极材料Mo₆S₈的SEM图像，(b) Al³⁺离子插层Mo₆S₈的结构变化示意图;(c) MoS₂微球形成过程，(d) Al³⁺在MoS₂微球中嵌入和脱嵌的示意图。

作者简介

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伊廷锋教授，现为东北大学研究生院秦皇岛分院党委书记兼院长、学科处处长。先后入选安徽省技术领军人才、江苏省双创人才、河北省333人才工程第二层次人选、World’s Top 2% Scientists 2020榜单、2019年度Clarivate Analytics材料科学领域和交叉领域 “Top 1%审稿人”，2019年获河北省青年科技奖。担任《物理化学学报》编委、《Rare Metals》等期刊青年编委。主持国家自然科学基金项目4项，省部级项目6项，以第一/通讯作者身份在Coordination Chemistry Reviews、Nano Energy、Nano Today、Energy Storage Materials等国际期刊发表SCI论文160余篇，H因子为41，他引6000余次，ESI高引论文19篇，热点论文2篇。授权排名第一发明专利11项。

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https://doi.org/10.1016/j.jechem.2020.08.035

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