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高容量鋁金屬被認為是一種很有前途的鋰離子電池負極材料，但在鋰化和脫鋰過程中會產生粉化和副反應，這取決于納米結構的合理設計和可控合成。

在此，北京化工大學孫曉明教授、劉文教授及羅亮副教授等人提出了在具有花冠狀結構的碳納米管上生長的超薄鋁納米片（Al-NS-CNTs）作為鋰離子電池的負極材料，該納米片是通過簡便的一鍋濕化學工藝制造的。結構表征表明，Al納米片的超薄單晶性使電池循環時電極的合金化/去合金化具有高可逆性。

Al（111）的主暴露晶面增強了結構的機械穩定性并使電極具有優異的循環性能。此外，在Al-NS中引入CNTs（Al:CNTs=2:1）可以進一步提高電極的離子/電子電導率，為電極提供良好的倍率能力。

圖1. Al-NS-CNTs的濕化學合成及結構表征

因此，基于優先暴露的Al (111) 晶面和小于5 nm的相當有限的厚度，電池在1 C 下表現出 990 mAh g^-1的高可逆容量和24 C下524.6 mAh g^-1的優異倍率容量，且具有長期穩定性，在 5、10 和 20 C 的高倍率下循環500次后幾乎沒有容量衰減。

DFT計算表明，用于快速Li⁺擴散的Al (111) 晶面的高楊氏模量和碳納米管復合材料設計可實現高倍率能力并減輕放電/充電過程中的巨大體積變化。考慮到Al納米片的簡便合成和獨特的超薄結構，這項研究為設計高電化學活性和結構穩定的鋰離子電池負極材料提供了新途徑。

圖2. Al-NS-CNTs負極的電化學性能

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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北化工孫曉明/劉文/羅亮AFM: 超薄鋁納米片作為低成本、高性能鋰離子電池負極

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