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第40卷应用化学第10期

2023年10月CHINESEJOURNALOFAPPLIEDCHEMISTRY1347-1358

D0I:10.19894SS00-0518.230065

拉曼光谱测试技术在可充电铝离子电池储能机理的研究进展

于江玉3*刘智伟3

刘成员1,2李奉翠1,2*

（河南城建学院，平顶山467036）

2（河南省绿色能源开发及综合应用工程技术研究中心，平顶山467036)

3（东北大学冶金学院，沈阳110819）

摘要拉曼光谱是一种无损的分析技术，可以提供样品化学结构和分子相互作用的详细信息。由光谱学方

法与常规电化学方法相结合产生的电化学原位光谱是一种动态探测电极材料结构和相组成的强大技术，能够

方便地提供电极界面分子的微观结构信息，这使得其在储能领域中有广阔的应用前景。拉曼光谱能够有效地

原位表征可充电铝离子电池氯化铝基电解液中络合离子、不同正极材料在充放电过程中的变化规律。结合

X射线衍射技术(XRD)或X射线光电子能谱技术(XPS)等表征技术，拉曼光谱能够有效地揭示可充电铝离子

电池的储能机理，包括对电池电解液和电极材料的研究以及电极表面反应的原位监测，对电池材料和界面结

构性质的研究可以为电池材料和微观结构的优化设计提供指导，对电极表面反应的原位监测，有助于对电极

界面反应的机理进行深入的研究，从而指导正极材料结构改进，促进可充电铝离子电池的发展。

拉曼光谱；可充铝离子电池；电解液；正极；储能机理

关键词#

中图分类号：0657.3文献标识码：A文章编号：1000-0518(2023)10-1347-12

由于金属铝的价格便宜，具有很高的质量体积理论比容量，可充电铝离子电池被认为是新一代能源

转换和储存的电池体系候选者之一。最近几年中关于可充电铝离子电池的研究越来越多，包括电极材

料的研究和电解液的探索，可充电铝离子电池取得了快速的发展，并对其储能机理有了深入理解。设计

和开发具有更高工作电压和更大储存容量的正极材料以及与之相匹配的电解液是发展高性能可充电铝

离子电池的关键课题

可充电铝离子电池电解液的研究主要集中在氯化铝基室温熔盐、有机聚合物和无氯类电解液。氯

化铝基室温熔盐因具有较高的铝沉积/溶解可逆性而被广泛用作可充电铝离子电池的电解液。铝负极

上电化学反应过程涉及［Al,Cl,]-和[AIC1.]-络合离子。拉曼光谱是研究氯化铝基室温熔盐结构和离子组

分有效且成熟的技术之一。目前，已有大量文献报道了通过拉曼光谱峰的强度比值可以定性或者定量

地分析氯化铝基电解液中［Al,Cl,]-和[AIC1,]-络合离子的含量变化[1-3]。可充电铝离子电池的正极材料

主要包含过渡金属氧化物/硫化物、有机聚合物和碳基正极材料[4-1]。过渡金属氧化物/硫化物[7-14]和有机

聚合物[15-16]正极材料因具有很好的放电比容量而被广泛研究。导电聚合物的充放电机理与石墨基正

极比较相似，过渡金属氧化物/硫化物电化学反应机理存在明显的差异[716]。石墨的拉曼光谱中位于

1585cm附近G峰对石墨层间相互作用过程中的结构变化非常敏感，常用于表征石墨电极上的反应机

理[1-20]。因此，研究不同类型正极材料的储能机理是设计和优化高性能可充电铝离子电池的关键

因素[2]

拉曼光谱与其它表征技术一起,在可充电电池[2-24]、燃料电池[25]和催化[261]研究中发挥着重要作用。

本文全面总结了2010年以来拉曼光谱测试技术在可充电铝离子电池电解液、过渡金属氧化物/硫化物

型正极、有机聚合物正极和各碳基正极材料表征中的应用，分析不同类型可充电铝离子电池充放电过程

中电极电化学反应过程。通过可充电铝离子电池充放电过程中电解液中络合离子和正极材料的拉曼光

2023-03-17收稿;2023-06-27接受

河南省高等学校重点科研项目计划（Nos.23B48000