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深研院唐永炳Angew：首次發(fā)現(xiàn)微米級鋁負極的異常尺寸依賴性！

鋁是一種很有前景的鋰離子電池負極材料，因為它具有很高的理論容量、良好的導電性和自然豐度。

中國科學院深圳先進技術(shù)研究院唐永炳等首次認識到并研究了微米級鋁負極的異常尺寸依賴性。

圖1. 不同樣品的電化學性能

在此，作者研究了直徑為1至128微米的鋁顆粒，它們分別被標記為I（1微米）、II（3微米）、III（5.7微米）、IV（15.6微米）、V（65.6微米）和VI（128微米），并測試了鋰金屬作為對電極的半電池。研究顯示，樣品V和VI的充放電曲線幾乎相互重疊，充電容量為~1015 mAh g^-1，并表現(xiàn)出寬的放電和充電平臺（~0.27 V/0.43 V vs. Li/Li⁺），這是典型的LiAl相的形成。

隨著直徑的減小，樣品I的放電/充電平臺縮小，甚至消失，這表明LiAl相的形成受到了嚴重的抑制。受阻的反應動力學可以通過極化電壓得到進一步證實，極化電壓從樣品I到IV不斷下降，而對于樣品IV、V和VI幾乎保持不變。這里，極化電壓表明充電和放電平臺之間的差異。

圖2. 不同樣品的表征

通過實驗和理論分析，作者認識到影響不同鋁顆粒的兩個關(guān)鍵因素：第一個因素是，對于較小的鋁顆粒（<~10 μm）來說，表面氧化層的體積分數(shù)很大，這將嚴重阻礙電子傳輸；另一個是由于溶劑分子對氧化層的親和力低，表面氧化層的電解液潤濕性差。此外，作者證明極性氨基的接枝是改善電解液潤濕性的一種有效方法?？傊@項工作揭示了鋁負極的關(guān)鍵限制和基本機制，這對其實際應用至關(guān)重要，同時該結(jié)果對有類似問題的其他金屬負極也有價值。

圖3. 極性氨基接枝鋁顆粒的示意及性能

Unusual Size Effect in Ion and Charge Transport in Micron-sized Particulate Aluminum Anodes of Lithium-ion Batteries. Angewandte Chemie International Edition 2022. DOI: 10.1002/anie.202208370

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