H2O调控EmimCl-AlCl3离子液体中铝电极过程的机制：破解阳极钝化难题与高性能铝箔集流体电沉积

为解决铝阳极电精炼过程中因AlCl3(s)钝化层导致的阳极溶解受阻问题，研究人员通过引入微量H2O调控EmimCl-AlCl3离子液体体系，揭示了关键中间体AlCl3OH?的三阶段去钝化机制，实现阳极溶解效率近100%，同时成功电沉积出锂离子电池用超薄铝箔集流体（2.5?μm），其组装的LiCoO2半电池在0.5C下循环150次容量保持率达98.33%，为绿色低成本制备铝箔集流体提供了新思路。

　　

在新能源产业爆发式增长的背景下，锂离子电池的核心组件——铝箔集流体的需求量预计2025年将达76万吨。然而，传统轧制技术已逼近铝箔厚度极限（最薄约6?μm），且依赖高纯度原铝，能耗巨大。更令人头疼的是，新兴的电化学沉积技术虽能制备超薄铝箔，却在EmimCl-AlCl₃离子液体体系中遭遇“阳极钝化”这一拦路虎——高电位下生成的绝缘AlCl₃(s)层会阻断阳极溶解，导致电精炼过程瘫痪。

为解决这一难题，中国研究人员独辟蹊径，通过向离子液体中引入微量H₂O（传统认知中离子液体的“天敌”），系统研究了H₂O对铝阳极溶解与阴极沉积的双重调控机制。研究发现，H₂O会与体系中的AlCl₄^?反应生成关键中间体AlCl₃OH^?，其去钝化作用呈现电位依赖性三阶段特征：在0.8?V低电位下生成黑色AlCl₂OH(s)膜；1.6-2.2?V区间消耗原有AlCl₃(s)钝化层；超过2.2?V时通过反应AlCl₂OH(s)+AlCl₄^?→Al₂Cl₆OH^?彻底清除钝化层，使阳极溶解效率飙升至100%。

技术方法上，研究团队采用电化学阻抗谱（EIS）和循环伏安法（CV）解析反应路径，通过X射线衍射（XRD）和红外光谱（FTIR）表征产物，并构建LiCoO₂半电池验证铝箔集流体的电化学性能。

研究结果

1. H₂O对离子液体的影响：FTIR证实AlCl₃原料和长期储存的EmimCl均含H₂O特征峰（3300?cm^?1），其引入会引发H⁺释放及络合离子生成。
2. 阳极去钝化机制：AlCl₃OH^?通过三阶段反应动态调控钝化层，在2.2?V高电位下实现持续阳极溶解。
3. 阴极沉积性能：铝箔沉积主要依赖4Al₂Cl₇^?和Al₂Cl₆OH^?的还原，但H₂O会使沉积电流效率从97%降至90%。
4. 电池应用验证：电沉积铝箔组装的半电池展现卓越循环稳定性（150次循环容量保持率98.33%）。

结论与意义
该研究首次阐明AlCl₃OH^?在离子液体电精炼中的“双刃剑”作用：既破解了阳极钝化这一困扰领域多年的难题，又为超薄铝箔集流体的室温绿色制造提供了新范式。尽管H₂O会轻微降低阴极效率，但其对阳极溶解的促进作用更具工程价值。这项发表于《Journal of Electroanalytical Chemistry》的工作，为突破传统轧制技术瓶颈、推动铝箔集流体产业升级提供了理论基石。