CN113036122B - 一种膨胀石墨正极材料及其制备方法、电极和铝离子电池 - Google Patents

一种膨胀石墨正极材料及其制备方法、电极和铝离子电池 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种膨胀石墨正极材料及其制备方法、电极和铝离子电池，涉及铝离子电池技术领域。本发明提供的膨胀石墨正极材料由不规则的石墨烯薄片组成，石墨烯薄片的厚度为0.05～0.09微米；所述膨胀石墨烯正极材料为介孔材料，比表面积为35～65m2/g；所述膨胀石墨烯正极材料的ID/IG值为0.0314～0.0687。本发明通过控制膨胀石墨正极材料的石墨化程度、石墨烯薄片厚度以及比表面积，能够使AlCl4 ‑更好的可逆脱嵌，获得较好的电化学性能。

Description

一种膨胀石墨正极材料及其制备方法、电极和铝离子电池
技术领域
本发明涉及铝离子电池技术领域，具体涉及一种膨胀石墨正极材料及其制备方法、电极和铝离子电池。
背景技术
随着便携式电子设备、电能存储设备、电动汽车等领域的飞速发展，二次电池的需求不断增加。锂离子电池(LIBs)因其独特的优势，成为商业化最成功、应用最广的储能装置。然而，由于锂资源的稀缺、锂的易燃和毒性大等缺点将会限制其未来在大规模绿色储能领域的应用。因此，亟需开发其他可充电金属离子电池，如钠、钾、镁和铝等离子电池被认为是锂离子的可行替代品。其中，铝是地壳中第三丰富的元素，资源充沛；铝片负极可在大气中进行处理，空气稳定性良好，且铝离子电池中使用的电解液-室温离子液体(RTILs)不挥发、不易燃，可降低潜在的安全隐患；此外，相对于Li+转移单个电子，理论上Al3+能转移三个电子，将获得更高的容量和优良的能量密度。综上，铝离子电池(AIBs)是一种极具前景的新型电池系统。
目前，各种类型的AIBs正极材料已经被广泛开发，如碳材料(CVD石墨泡沫、电化学剥离石墨泡沫、热解石墨、天然石墨、石墨烯)、硫系化合物和Mxene等。其中，碳材料是很有发展前途的材料适用于快速充电和长时间循环。石墨烯作为AIBs正极材料具有高容量和长寿命，然而因石墨烯制造工艺复杂，化学还原和高温退火过程消耗能源，其是一种成本相对较高的材料。石墨碳正极材料是实现AIBs大规模应用和工业化的理想选择。其中，CVD和电化学剥离的石墨泡沫仅有毫克级的生产率，这使得它们难以满足电池制造的千克级和低成本要求。相比之下，热解石墨和天然石墨正极材料具有较好的成本效益，但作为AIBs的正极材料速率能力和循环寿命都存在不足。因此，寻找一种满足高性能、低成本的石墨碳材料至关重要。
发明内容
本发明的目的在于提供一种膨胀石墨正极材料及其制备方法、电极和铝离子电池，本发明提供的膨胀石墨正极材料价格低廉，通过简单地热处理即可得到，很好地应用于铝离子电池领域；所组装的铝离子电池具有较高的放电比容量及优异的循环稳定性，为铝离子电池正极材料的设计提供了一种新思路。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种膨胀石墨正极材料，所述膨胀石墨正极材料由不规则的石墨烯薄片组成，石墨烯薄片的厚度为0.05～0.09微米；所述膨胀石墨烯正极材料为介孔材料，比表面积为35～65m2/g；所述膨胀石墨烯正极材料的ID/IG值为0.0314～0.0687。
优选地，所述膨胀石墨正极材料的形貌呈蠕虫状。
本发明提供了上述技术方案所述膨胀石墨正极材料的制备方法，包括以下步骤：
将可膨胀石墨进行研磨，得到膨胀石墨粉末；
将所述膨胀石墨粉末进行热处理，得到膨胀石墨正极材料。
优选地，所述可膨胀石墨的膨胀率为200～500％。
优选地，所述可膨胀石墨的纯度为99％以上；所述可膨胀石墨的平均粒度为50～325目。
优选地，所述研磨的时间为5～60min。
优选地，所述热处理的温度为500～800℃，时间为5～30min。
本发明提供了一种电极，包括上述技术方案所述膨胀石墨正极材料或上述技术方案所述制备方法制备得到的膨胀石墨正极材料。
本发明提供了一种铝离子电池，包括正极、负极、隔膜和电解液；所述正极为上述技术方案所述的电极。
优选地，所述负极包括铝单质或铝合金。
本发明提供了一种膨胀石墨正极材料，所述膨胀石墨正极材料由不规则的石墨烯薄片组成，石墨烯薄片的厚度为0.05～0.09微米；所述膨胀石墨烯正极材料为介孔材料，比表面积为35～65m2/g；所述膨胀石墨烯正极材料的ID/IG值为0.0314～0.0687。本发明通过控制膨胀石墨正极材料的石墨化程度、石墨烯薄片厚度以及比表面积，能够使AlCl4 -更好的可逆脱嵌，获得较好的电化学性能。
本发明还提供了所述膨胀石墨正极材料的制备方法，制备方法简单，成本低，适宜于工业化生产。
以上述技术方案所述膨胀石墨正极材料为活性组分组装的铝离子电池具有较高的比容量和优异的循环稳定性。实施例结果表明，在5C倍率下(1C＝1000mAh/g)，所组装的铝离子电池放电比容量可高达90mAh/g，循环4000次后放电比容量未明显衰减。
附图说明
图1为实施例1制备的膨胀石墨正极材料的XRD衍射图；
图2为实施例1制备的膨胀石墨正极材料的拉曼图谱；
图3为实施例1制备的膨胀石墨正极材料的孔径和比表面积检测结果图；
图4为实施例1制备的膨胀石墨正极材料的SEM图；
图5为实施例1所得膨胀石墨正极材料所组装的铝离子电池的充放电曲线图。
具体实施方式
本发明提供了一种膨胀石墨正极材料，所述膨胀石墨正极材料由不规则的石墨烯薄片组成，石墨烯薄片的厚度为0.05～0.09微米；所述膨胀石墨烯正极材料为介孔材料，比表面积为35～65m2/g；所述膨胀石墨烯正极材料的ID/IG值为0.0314～0.0687。
作为本发明的优选，所述石墨烯薄片的厚度为0.07～0.09微米；所述膨胀石墨烯正极材料的比表面积为52～65m2/g；所述膨胀石墨烯正极材料的ID/IG值为0.0334～0.0376，石墨化程度较高。在本发明中，所述膨胀石墨正极材料为纯相。
在本发明中，所述膨胀石墨正极材料的形貌优选呈蠕虫状，表面疏松多孔，呈现出褶皱、卷曲结构。
本发明还提供了上述技术方案所述膨胀石墨正极材料的制备方法，包括以下步骤：
将可膨胀石墨进行研磨，得到膨胀石墨粉末；
将所述膨胀石墨粉末进行热处理，得到膨胀石墨正极材料。
本发明将可膨胀石墨进行研磨，得到膨胀石墨粉末。在本发明中，所述可膨胀石墨的膨胀率优选为200～500％，更优选为300～400％。在本发明中，所述可膨胀石墨的纯度优选为99％以上，更优选为99.5％；所述可膨胀石墨的平均粒度优选为50～325目，更优选为50～80目。本发明采用上述膨胀率、纯度和目数的可膨胀石墨，能够制备出纯度较高、疏松多孔的膨胀石墨正极材料。
在本发明的具体实施例中，所述可膨胀石墨优选为经硫酸处理后的石墨，由于硫酸分子"嵌"入石墨层，在后续热处理过程中，可以膨胀得到膨胀石墨正极材料。本发明采用的可膨胀石墨为市售产品，生产单位为青岛腾盛达碳素机械有限公司。
在本发明中，所述研磨优选在研钵中进行，本发明对所述研磨的转速没有特殊要求，采用人工手动研磨即可；所述研磨的时间优选为5～60min，更优选为20～30min。本发明通过研磨能够减小可膨胀石墨的粒径，减小离子扩散通道，可以改善膨胀石墨正极材料的离子扩散动力学和放电比容量。
在本发明中，所述膨胀石墨粉末的粒径优选为5～15微米。
得到膨胀石墨粉末后，本发明将所述膨胀石墨粉末进行热处理，得到膨胀石墨正极材料。在本发明中，所述热处理优选在马弗炉中进行，所述热处理的气氛优选为氩气。在本发明中，所述热处理的温度优选为500～800℃，更优选为600～700℃；所述热处理的时间优选为5～30min，更优选为5min。本发明在所述热处理过程中，石墨层间化合物产生分解，产生一种沿石墨层间C轴方向的推力，这个推力远大于石墨粒子的层间结合力，在这个推力的作用下石墨层间被推开，从而使石墨粒子沿C轴方向高倍地膨胀，形成多孔结构的膨胀石墨正极材料。
本发明还提供了一种电极，包括上述技术方案所述的膨胀石墨正极材料或上述技术方案所述制备方法制备得到的膨胀石墨正极材料。在本发明中，所述电极优选包括集流体以及涂覆在所述集流体表面的导电剂、粘结剂和膨胀石墨正极材料。在本发明中，所述集流体优选包括钼箔、钽箔或碳纸；所述集流体的厚度优选为20μm；所述导电剂优选包括炭黑；所述粘结剂优选包括聚四氟乙烯。在本发明中，所述膨胀石墨、导电剂和粘结剂的质量比优选为6:3:1。
在本发明的具体实施例中，所述电极的制备方法优选包括以下步骤：将膨胀石墨正极材料、导电剂和粘结剂充分研磨后，置于无水乙醇中分散，得到浆料；将所述浆料在集流体表面拉浆制成电极。
本发明还提供了一种铝离子电池，包括正极、负极、隔膜和电解液；所述正极为上述技术方案所述的电极。在本发明中，所述负极优选包括铝单质或铝合金；所述隔膜优选包括玻璃纤维隔膜、聚乙烯隔膜或聚丙烯隔膜；所述玻璃纤维隔膜优选为Whatman GF/D玻璃纤维；所述电解液优选包括无水氯化铝和1-乙基-3-甲基咪唑盐酸盐组成的离子液体。在本发明中，所述电解液中无水氯化铝和1-乙基-3-甲基咪唑盐酸盐的摩尔比优选为1.3:1；所述电解液中无水氯化铝和1-乙基-3-甲基咪唑盐酸盐的总浓度优选为1.0mol/L。
在本发明中，所述铝离子电池的组装优选在氩气气氛手套箱中进行，本发明对所述组装的具体方法没有特殊要求，采用本领域技术人员所熟知的组装方法即可。
下面将结合本发明中的实施例，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
(1)选取纯度为99.5％、目数为80目、膨胀率为400％的可膨胀石墨；
(2)称取1g上述可膨胀石墨置于研钵中，研磨30min，得到膨胀石墨粉末；
(3)将所述膨胀石墨粉末置于马弗炉中，在800℃恒温热处理5min，得到膨胀石墨正极材料。
本实施例制备的膨胀石墨正极材料的XRD衍射图如图1所示，由图1可以看出，本实施例制备的膨胀石墨正极材料在XRD上特征峰的位置与标准卡片一致，说明所得膨胀石墨为纯相。
本实施例制备的膨胀石墨正极材料的拉曼图谱如图2所示，由图2可以看出，膨胀石墨正极材料的ID/IG值为0.0376，石墨化程度较高。
本实施例制备的膨胀石墨正极材料的孔径和比表面积检测结果图如图3所示，由图3可以看出，膨胀石墨正极材属于介孔，比表面积为58m2/g。
本实施例制备的膨胀石墨正极材料的SEM图如图4所示，由图4可以看出，膨胀石墨正极的形貌为蠕虫状，由形状不规则的石墨烯薄片组成，呈现出褶皱、卷曲结构。
电池组装：称取0.02g本实施例制备的膨胀石墨正极材料，加入0.009g炭黑作导电剂和0.003g聚四氟乙烯作粘结剂，充分研磨后加入1.5mL无水乙醇分散混合，调浆均匀后于20μm厚钼箔上拉浆制成正极片，在氩气气氛手套箱中以铝片为负极，以Whatman GF/D玻璃纤维为隔膜，1.0mol/L的无水氯化铝(AlCl3)和1-乙基-3-甲基咪唑盐酸盐([EMIm]Cl)按摩尔比1.3：1配制的离子液体为电解液，组装成软包电池；在电压范围为0.5～2.5V下，对组装的铝离子电池进行充放电性能测试。
图5为本发明实施例1所得膨胀石墨正极材料所组装的铝离子电池的充放电曲线图。
经检测，在5C倍率下(1C＝1000mAh/g)，所组装的铝离子电池放电比容量高达90mAh/g，循环4000次后放电比容量未明显衰减，说明本发明实施例所得膨胀石墨正极材料所组装的铝离子电池具有较高的比容量和优异的循环稳定性。
实施例2
(1)选取纯度为99.5％、目数为80目、膨胀率为400％的可膨胀石墨；
(2)称取1g上述可膨胀石墨置于研钵中，研磨30min，得到膨胀石墨粉末；
(3)将所述膨胀石墨粉末置于马弗炉中，在700℃恒温热处理5min，得到膨胀石墨正极材料。
经检测，本实施例制备的膨胀石墨正极材料在XRD上特征峰的位置与标准卡片一致，说明所得膨胀石墨为纯相。
经检测，本实施例制备的膨胀石墨正极材料的形貌为蠕虫状，由形状不规则的石墨烯薄片组成，呈现出褶皱、卷曲结构。
电池组装：称取0.02g本实施例制备的膨胀石墨正极材料，加入0.009g炭黑作导电剂和0.003g聚四氟乙烯作粘结剂，充分研磨后加入1.5mL无水乙醇分散混合，调浆均匀后于20μm厚钼箔上拉浆制成正极片，在氩气气氛手套箱中以铝片为负极，以Whatman GF/D玻璃纤维为隔膜，1.0mol/L的AlCl3和[EMIm]Cl按摩尔比1.3：1配制的离子液体为电解液，组装成软包电池；在电压范围为0.5～2.5V下，对组装的铝离子电池进行充放电性能测试。
经检测，在5C倍率下(1C＝1000mAh/g)，所组装的铝离子电池放电比容量高达60mAh/g，循环4000次后放电比容量未明显衰减，说明本发明实施例所得膨胀石墨正极材料所组装的铝离子电池具有较高的比容量和优异的循环稳定性。
实施例3
(1)选取纯度为99.5％、目数为80目、膨胀率为400％的可膨胀石墨；
(2)称取1g上述可膨胀石墨置于研钵中，研磨30min，得到膨胀石墨粉末；
(3)将所述膨胀石墨粉末置于马弗炉中，在600℃恒温热处理5min，得到膨胀石墨正极材料。
经检测，本实施例制备的膨胀石墨正极材料在XRD上特征峰的位置与标准卡片一致，说明所得膨胀石墨为纯相。
经检测，本实施例制备的膨胀石墨正极材料的形貌为蠕虫状，由形状不规则的石墨烯薄片组成，呈现出褶皱、卷曲结构。
电池组装：称取0.02g本实施例制备的膨胀石墨正极材料，加入0.009g炭黑作导电剂和0.003g聚四氟乙烯作粘结剂，充分研磨后加入1.5mL无水乙醇分散混合，调浆均匀后于20μm厚钼箔上拉浆制成正极片，在氩气气氛手套箱中以铝片为负极，以Whatman GF/D玻璃纤维为隔膜，1.0mol/L的AlCl3和[EMIm]Cl按摩尔比1.3：1配制的离子液体为电解液，组装成软包电池；在电压范围为0.5～2.5V下，对组装的铝离子电池进行充放电性能测试。
经检测，在5C倍率下(1C＝1000mAh/g)，所组装的铝离子电池放电比容量高达65mAh/g，循环4000次后放电比容量未明显衰减，说明本发明实施例所得膨胀石墨正极材料所组装的铝离子电池具有较高的比容量和优异的循环稳定性。
实施例4
(1)选取纯度为99.5％、目数为50目、膨胀率为500％的可膨胀石墨；
(2)称取0.5g上述可膨胀石墨置于研钵中，研磨30min，得到膨胀石墨粉末；
(3)将所述膨胀石墨粉末置于马弗炉中，在800℃恒温热处理5min，得到膨胀石墨正极材料。
经检测，本实施例制备的膨胀石墨正极材料在XRD上特征峰的位置与标准卡片一致，说明所得膨胀石墨为纯相。
经检测，本实施例制备的膨胀石墨正极材料的形貌为蠕虫状，由形状不规则的石墨烯薄片组成，呈现出褶皱、卷曲结构。
电池组装：称取0.02g本实施例制备的膨胀石墨正极材料，加入0.009g炭黑作导电剂和0.003g聚四氟乙烯作粘结剂，充分研磨后加入1.5mL无水乙醇分散混合，调浆均匀后于20μm厚钼箔上拉浆制成正极片，在氩气气氛手套箱中以铝片为负极，以Whatman GF/D玻璃纤维为隔膜，1.0mol/L的AlCl3和[EMIm]Cl按摩尔比1.3：1配制的离子液体为电解液，组装成软包电池；在电压范围为0.5～2.5V下，对组装的铝离子电池进行充放电性能测试。
经检测，在5C倍率下(1C＝1000mAh/g)，所组装的铝离子电池放电比容量高达75mAh/g，循环4000次后放电比容量未明显衰减，说明本发明实施例所得膨胀石墨正极材料所组装的铝离子电池具有较高的比容量和优异的循环稳定性。
实施例5
(1)选取纯度为99.5％、目数为50目、膨胀率为500％的可膨胀石墨；
(2)称取0.5g上述可膨胀石墨置于研钵中，研磨30min，得到膨胀石墨粉末；
(3)将所述膨胀石墨粉末置于马弗炉中，在700℃恒温热处理5min，得到膨胀石墨正极材料。
经检测，本实施例制备的膨胀石墨正极材料在XRD上特征峰的位置与标准卡片一致，说明所得膨胀石墨为纯相。
经检测，本实施例制备的膨胀石墨正极材料的形貌为蠕虫状，由形状不规则的石墨烯薄片组成，呈现出褶皱、卷曲结构。
电池组装：称取0.02g本实施例制备的膨胀石墨正极材料，加入0.009g炭黑作导电剂和0.003g聚四氟乙烯作粘结剂，充分研磨后加入1.5mL无水乙醇分散混合，调浆均匀后于20μm厚钼箔上拉浆制成正极片，在氩气气氛手套箱中以铝片为负极，以Whatman GF/D玻璃纤维为隔膜，1.0mol/L的AlCl3和[EMIm]Cl按摩尔比1.3：1配制的离子液体为电解液，组装成软包电池；在电压范围为0.5～2.5V下，对组装的铝离子电池进行充放电性能测试。
经检测，在5C倍率下(1C＝1000mAh/g)，所组装的铝离子电池放电比容量高达70mAh/g，循环4000次后放电比容量未明显衰减，说明本发明实施例所得膨胀石墨正极材料所组装的铝离子电池具有较高的比容量和优异的循环稳定性。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种膨胀石墨正极材料，其特征在于，所述膨胀石墨正极材料由不规则的石墨烯薄片组成，石墨烯薄片的厚度为0.05～0.09微米；所述膨胀石墨正极材料为介孔材料，比表面积为35～65m2/g；所述膨胀石墨正极材料的ID/IG值为0.0314～0.0687。
2.根据权利要求1所述的膨胀石墨正极材料，其特征在于，所述膨胀石墨正极材料的形貌呈蠕虫状。
3.权利要求1或2所述膨胀石墨正极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将可膨胀石墨进行研磨，得到膨胀石墨粉末；
将所述膨胀石墨粉末进行热处理，得到膨胀石墨正极材料。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述可膨胀石墨的膨胀率为200～500％。
5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述可膨胀石墨的纯度为99％以上；所述可膨胀石墨的平均粒度为50～325目。
6.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述研磨的时间为5～60min。
7.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述热处理的温度为500～800℃，时间为5～30min。
8.一种电极，其特征在于，包括权利要求1～2任一项所述膨胀石墨正极材料或权利要求3～7任一项所述制备方法制备得到的膨胀石墨正极材料。
9.一种铝离子电池，其特征在于，包括正极、负极、隔膜和电解液；所述正极为权利要求8所述的电极。
10.根据权利要求9所述的铝离子电池，其特征在于，所述负极包括铝单质或铝合金。
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Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105417523A (zh) * 2015-07-14 2016-03-23 张亚妮 石墨烯纳米粉体的低成本、大规模生产工艺及其使用的设备
CN105810947A (zh) * 2016-04-29 2016-07-27 深圳博磊达新能源科技有限公司 一种铝离子电池正极材料、电极及铝离子电池
CN107546390A (zh) * 2017-08-11 2018-01-05 杭州高烯科技有限公司 一种高石墨化度正极的铝离子电池
WO2018151944A1 (en) * 2017-02-16 2018-08-23 Nanotek Instruments, Inc. Aluminum secondary battery having an exfoliated graphite-based high-capacity cathode and manufacturing method
CN108899482A (zh) * 2018-05-29 2018-11-27 绿业中试低碳科技（镇江）有限公司 铝离子电池及其正极材料
CN109110750A (zh) * 2018-09-30 2019-01-01 青岛岩海碳材料有限公司 利用膨胀石墨制备石墨烯的方法
CN110495036A (zh) * 2017-02-13 2019-11-22 纳米技术仪器公司 具有高容量和高能量阴极的铝二次电池和制造方法
WO2020264191A1 (en) * 2019-06-27 2020-12-30 Cornell University Preparation of expanded graphite by physical shearing

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8497225B2 (en) * 2007-08-27 2013-07-30 Nanotek Instruments, Inc. Method of producing graphite-carbon composite electrodes for supercapacitors
US9455469B2 (en) * 2012-05-14 2016-09-27 Nanotek Instruments, Inc. Rechargeable magnesium-ion cell having a high-capacity cathode
US9156700B2 (en) * 2013-02-25 2015-10-13 Nanotek Instruments, Inc. Process for producing unitary graphene materials
CN104966828A (zh) * 2015-08-07 2015-10-07 田东 一种高容量锂电池负极材料的制备方法

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105417523A (zh) * 2015-07-14 2016-03-23 张亚妮 石墨烯纳米粉体的低成本、大规模生产工艺及其使用的设备
CN105810947A (zh) * 2016-04-29 2016-07-27 深圳博磊达新能源科技有限公司 一种铝离子电池正极材料、电极及铝离子电池
CN110495036A (zh) * 2017-02-13 2019-11-22 纳米技术仪器公司 具有高容量和高能量阴极的铝二次电池和制造方法
WO2018151944A1 (en) * 2017-02-16 2018-08-23 Nanotek Instruments, Inc. Aluminum secondary battery having an exfoliated graphite-based high-capacity cathode and manufacturing method
CN107546390A (zh) * 2017-08-11 2018-01-05 杭州高烯科技有限公司 一种高石墨化度正极的铝离子电池
CN108899482A (zh) * 2018-05-29 2018-11-27 绿业中试低碳科技（镇江）有限公司 铝离子电池及其正极材料
CN109110750A (zh) * 2018-09-30 2019-01-01 青岛岩海碳材料有限公司 利用膨胀石墨制备石墨烯的方法
WO2020264191A1 (en) * 2019-06-27 2020-12-30 Cornell University Preparation of expanded graphite by physical shearing

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Commercial expanded graphite as high-performance cathode for low cost alumium-ion battery;Xiaozhong Dong etal.;《Carbon》;20190325;第134-140页 *
Pseudocapacitance effect in Al-C batteries with expanded graphite positive electrode at different temperatures;Zhanyu Li etal.;《Journal of Power Sources》;20200522;第1-7页 *
碳基材料在铝离子电池中的研究进展;杨春燕 等;《储能材料与器件》;20210114;第432-439页 *

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