DOI: 10.1016/j.cej.2020.128235

可充电铝离子电池（AIB）具有能量密度高、成本低等优点，被认为是可以满足未来大规模储能需求的下一代电池系统。对于长寿命AIBs的开发，最迫切的挑战是寻求合适的正极，并理解确切的Al充/放电机理。在此，研究者通过静电纺丝和退火工艺合成了一种新型无粘结剂正极材料，即CoS2@碳纳米纤维。结果，在200 mA g-1的电流密度下经过500次循环后，比容量保持约为80 mAh g-1，这比使用带有粘合剂的普通CoS2正极的AIBs更高。值得注意的是，即使在500 mA g-1的高电流密度下，电池在1200次循环后仍可保持74 mAh g-1的比容量。此外，结合异位XRD、XPS和第一性原理研究了其工作机理，揭示了CoS2/AlCo2S4的可逆转化反应。新型无粘结剂CoS2@碳纳米纤维正极对于进一步设计低成本、长循环寿命的无粘结剂AIBs具有重要意义。

图1.F-CoS2@CNFs的SEM和TEM图像。a）纯CNFs前体，b）碳化后的纯CNFs，c）酸处理后的CNFs，d）CNFs上生长的CoS2颗粒，e）CoS2颗粒，f）CoS2/PAN复合材料，g）碳化后的CoS2/PAN的SEM图像。h）F-CoS2@CNFs-B的TEM图像。i）四水合乙酸钴（II）/PAN复合材料，j）Co@CNFs，k）S/Co@CNFs，l）F-CoS2@CNFs-C的SEM。

图2.具有不同无粘结剂正极的AIBs的循环性能。

图3.a）合成CoS2@CNFs的示意图。b）Co@CNFs、裸CoS2和CoS2@CNFs的XRD图谱。c）纯CoS2、CNFs和CoS2@CNFs的拉曼光谱。d）裸CoS2和CoS2@CNFs的氮气吸附-解吸等温线。

图4.CoS2@CNFs的XPS光谱：a）全扫描光谱，b）S 2p，c）Co 2p，和d）C 1s。

图5.a）CoS2@CNFs的TEM图像，b）HR-TEM图像，c）选定区域衍射图。d）SEM图像，e-h）元素映射，i）SEM-EDS验证了CoS2@CNFs的存在。

图6.a）F-CoS2@CNFs-C正极和b）N-CoS2正极在扫描速率为0.5 mV s-1下的CV曲线。c）F-CoS2@CNFs-C和N-CoS2正极的奈奎斯特图；插图是系统的等效电路模型。d）具有N-CoS2正极和F-CoS2@CNFs-C正极的AIBs在200 mA g-1下的循环性能。e）具有F-CoS2@CNFs-C正极的AIBs在500 mA g-1下的循环性能。

图7.原始和充放电F-CoS2@CNFs-C正极中a）Co 2p和b）Al 2p的异位XPS光谱。c）循环F-CoS2@CNFs-C正极的XRD图谱。

图8.a）-c）放电电极和d）-f）充电电极的SEM以及C、Co、S和Al相应的EDS映射图像。g）具有F-CoS2@CNFs-C正极的AIB和h）能量存储机制的示意图。