为满意越来越众的电动汽车的需求，电池的坐褥取得大周围的扩张，以是降低电池的本能一经迫正在眉睫。目前，大大都的开荒事情凑集正在锂金属负极的钝化或纳米硅电极原料的开荒。这些编制具有明显降低电池能量秤谌的潜力，但众数的身手难点打击了它们的贸易化操纵。计划一种与石墨涂层铜箔比拟，本能更好，本钱更低的可大周围修筑电极，照旧是一个亟待管理的离间。近来，人们对一种诈欺合金金属行为单片负极的计划思绪越来越感意思。金属箔的特质使这些原料既能行为集流体，也能行为电极原料；且金属箔密度高，导电，易于大周围坐褥。更为主要的是，这些原料供给了明显改革电池能量密度的潜力，供给的电荷存储容量远远凌驾石墨基电池系统的表面最大容量。然而，目前对箔类负极的咨议相对较少，正在锂离子电池兴盛的早期阶段，人们研究了种种各样的合金元素，但正在近几十年里，大大都事情都凑集正在直接将合金原料替换为叶片铸型电极几何样式上。以是，计划一个工程级箔类负极以撑持贸易级高本能电池编制兴盛将是一个亟待研究的课题。

克日，美国德克萨斯大学奥斯汀分校Arumugam Manthiram教化团队开荒了一个健旺的框架来明了合金原料行为箔负极的践诺，考查了悉数的金属元素以确定可行的原料系统，并将它们对本能的潜正在影响联络起来。铝、铟、锡和铅被以为有祈望直接用作活性原料的候选原料，每一种原料都有或许比基于石墨的系统正在能量密度上降低40%-50%。兴趣的是，铝、锡和铟不只供给了高容量，并且还发挥出明显的作用，限度从90％到98％。每种原料的平稳性也正在一系列的操纵中被行为基准，为改日计划高能量密度电池的平稳箔片负极的勤恳奠定了根底。干系咨议效率以“Elemental Foil Anodes for Lithium-Ion Batteries ”为题与2021年7月7日公告正在ACS Energy Lett.上。

铝、锡、铅、铟、锌、镉、镁、银、硅、锑、铋、镓、金和铂被选为与电化学响应有潜正在相干的金属代表。即使金和铂对付普及的操纵来说过于高贵，但因为它们正在电化学编制的学术咨议中被用作参考电极而被搜罗正在内。对付响应机理，借使相图预测了离散线相金属间化合物的形核，则将原料通过加成响应(A)实行合金化。借使锂可溶于金属主体构造中，则该原料被归类为通过固溶机制(SS)合金化。结果，借使预期该响应将通过可以逾越普及因素限度的中央相实行，则可通过羼杂机制(H)确定这些原料的合金化。这些分类只可被以为是平均相图自己的广义描画；研商到原料正在室温合金化历程中爆发非平均响应机制的方向，它们不应当被以为是电化学合金化历程的威望描画。各单位的表面本能、丰采、本钱、响应机理、延展性睹表1。

为清晰解各系统的准平均电化学响应途径，采用由金属和锂金属对电极构成的电池实行轮回伏安法测试。正在这个实行中，电化学的相变与负极上的还原相合，正在伏安图中发挥为一个峰(咨议结果如图1所示）。当对这一类原料实行咨议时，有或许探究到种种合金机制的总体趋向。通过加成响应实行合金化的原料（Sn、Pb、Si、Sb、Bi和Ga）正在最初的扫描历程中都蓄积了>2 mA h cm-2的锂，代表了其具有足够的可现实操纵的容量。正在预测通过羼杂历程实行合金化的原料中，Al、In、Pt和Au的响应水准很高，而Zn、Cd和Ag则没有。这种不同的机理原故尚不了解，作家以为对这些金属的锂化历程的不同实行更深切的咨议，或许会对改日的合金化负极计划供给有效的睹地。因为没有阅览到铜系统的电化学脱嵌锂的本能，以是镁行为独一可以通过肃穆的固溶机制实行合金化的原料而标新立异，使其正在这一类合金金属中并世无双。

为了充实研商采用新原料系统对电池级的影响，务必同时研商电压和容量。正在最优秀的电池中，大部门电池的重量正在正极上，大部门电池厚度正在负极上。这意味着降低正极容量能够大幅度地降低比能量，降低负极容量能够大幅度地降低体积能量密度。采用箔负极将大大改革电池容量，而合金化使得脱锂电位升高将低落电池电位。而研商到这两个身分时，这对能量密度的革新是实际性的。然而，为了平稳合金化电极，或许须要将箔片的轮回容量范围正在具体容量的一个子集。

范围诈欺率行为拉长轮回寿命的手腕，正在层状金属氧化物正极原料中已有先例，这些原料普通正在低落的充电形态（SoC）限度内轮回。然而，箔负极的有限SoC轮回的现实意旨与这些更古代的电极系统差异。正在众孔正极电极中，有限的SoC轮回代表了对离散活性原料颗粒的部门诈欺，而且因为插层主体的电子构造而务必会存正在。正在箔负极中，众余的容量能够通过掌管总的电极厚度来杀青。电极的不屈均诈欺导致一部门合金金属行为非活性集流体，供给了一个可以接济电化学锂化历程中发作的脆性金属间化合物的韧性基体。对付这些具体电极系统，这种容量范围会对历久本能发作宏大影响。本文计较了箔基电池正在所有运用限度内的比能量和能量密度，如图2所示。阅览这种相干，就能够了解地看到，假使正在有限的诈欺率下，箔负极也可认为最优秀的电池系统供给明显的革新。这些革新正在能量密度方面最为明显，假使对诈欺率有肃穆的范围，也能够供给更好的本能。正在这种范围运用的景况下，箔的运用或许为开荒具有历久平稳性的编制供给了一条有出息的道道。

本文咨议了每个轮回弧线的初次脱嵌锂电压弧线，以及正在差异条目下测试的箔的脱锂才力（图3）。固然咨议结果证明范围运用历程的容量有助于轮回的平稳，但须要进一步的咨议来杀青电化学操纵所需的平稳性，搜罗容量仍旧和轮回作用方面。对付铝来说，正在最初的轮回后，所有的容量诈欺与急忙的构造衰减相合，而范围性的诈欺则线性地扩展平稳性。与铝相通，铟正在诈欺更众的富锂相时显示出疾速的衰减，但正在更高的电压域内因为容量范围可降低其平稳性。对付锡来说，容量的范围平稳了轮回，但对金属箔容量的有限诈欺与一个高度不成逆的酿成历程相合。结果，铅基编制显示出合理的历久平稳性，但清楚的电化学轮回格外，库仑作用的跋扈颠簸便是阐明。作家以为鉴于每个原料系统的电化学本能有清楚的区别，这项开始的事情应当为每个系统杀青的本能供给少少睹地，但正在改日仍需对每个系统的整体失效机制实行更深切的考查咨议。

图3.第一个周期电压弧线：(a)铝箔轮回到大约30%、50%和100%的诈欺率;(c)铟箔的轮回诈欺率分辨为20%、30%和100%;(e)锡箔的轮回诈欺率约为30%、50%和100%;和(g)铅箔轮回运用约30%，50%和100%的诈欺率。长轮回本能：(b)铝箔的轮回诈欺率约为30、50和100%;(d)铟箔的轮回诈欺率分辨为20%、30%和100%;(f)锡箔的轮回诈欺率约为30%、50%和100%;(h)铅箔的轮回诈欺率约为30、50和100%。

综上所述，金属箔行为一类普及而又未被充实研究的锂离子负极原料，正在古代的纳米构造合金负极难以抵达的目标上发挥突出。十分值得体贴的是基于铝、铟和锡的系统，由于这些原料供给了令人印象长远的容量(>300 mA h g-1)和主酿成作用(>90%)。作家以为对这些原料的箔合金负极系统实行咨议兴盛将希望正在不久的未来通往高能量密度电池坐褥的道道。

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