DOI: 10.1021/acsaem.0c00132

非水性铝离子电池是一种有趣的新兴储能技术，与现有的电网储能解决方案相比具有诸多优势。碳质和石墨材料由于其低成本和优良的倍率性能，在该系统中是一种很有吸引力的正极材料。然而，在第一个循环中，库仑效率低的现象在某些类型的碳中是一个已知的问题，其原因尚不完全清楚。在这项工作中，研究者提出这样的过程是由固体电解质中间相的形成引起的，类似于锂离子电池中的石墨负极。使用电纺纳米碳纤维作为可调结晶度的模型材料，发现这种现象的产生与正极材料表面缺陷的存在有关，并通过高比表面积进一步放大。粘合剂聚合物的简单使用通过屏蔽表面缺陷使其不与电解质直接接触，有助于减轻该问题。

图1：（a）相对于使用热解石墨纸构建的Swagelok型电池的第一个循环（50 mA g-1）的恒电流曲线。（b）相同恒电流充放电试验的比容量和库仑效率。

图2：两个CNF样品的结构表征：（a，b）在没有任何催化剂（a）和添加乙酸钴（b）的情况下制备的样品的SEM显微照片；（c）制备的两个CNF样品的X射线衍射图和（d）拉曼光谱。

图3：使用两个CNF样品作为正极构建的Swagelok型电池的电化学性能：（a）循环伏安图（第三个循环，10 mV s-1），以及（b，c）典型的恒电流充放电曲线（第十个循环）。

图4：（a）使用CNF（非催化）作为正极并增加电压上限而制造的Swagelok型电池的恒电流充放电曲线（第五个循环，100 mA g-1）。（b）相对于相同的恒电流充放电试验，前五个循环的比容量。

图5：原始CNF（非催化）样品的最突出光谱区域的去卷积XPS窄扫描：C 1s（a）、O 1s（b）和N 1s（c）。

图6：恒电流充电步骤（100 mA g-1约10小时）后的CNF（未催化）的碳（b）、铝（c）和氯（d）的SEM显微图（a）和EDXS元素图。

图7：（a）恒电流充电步骤（100 mA g-1约10小时）后，单个CNF（未催化）的STEM显微照片。观察到约5nm厚的层。（b）碳EDXS元素图，表明SEI层中几乎没有碳。（c）铝EDXS元素图。

图8：恒电流充电步骤（100 mA g-1约10小时）后，CNF样品（未催化）的选定光谱区域的去卷积XPS窄扫描：C 1s（a）、O 1s（b）、N 1s（c）、Al 2p（d）和Cl 2p（e）。

图9：使用涂覆或未涂覆PVDF的碳质正极制成的Swagelok型电池的电化学性能之间的比较：（a）CNFs的恒电流充放电曲线（第十个循环，100 mA g-1），（b）CNFs的循环伏安曲线（第三周期，10 mV s-1），以及（c）比较未涂覆PVGP和涂覆PVDF的PGP之间的第一个恒电流充放电循环（50 mA g-1）。