拓扑设计超强MXene基金属锂负极及其用于超薄、全柔性的锂金属电池

来源：材料人

原标题：Nano Energy：拓扑设计超强MXene基金属锂负极及其用于超薄、全柔性的锂金属电池

（a）Ti3C2和Ti3C2F2与Li原子之间的结合能；

（b-d，f-h）在0.5 mA cm-2下，在MXene@CNF膜上沉积金属Li面容量分别为0.5，1，2 mAh cm-2的表面b-d）和截面f-h）SEM图像；

（e，i）在0.5 mA cm-2下，剥离面容量为2 mAh cm-2的MXene@CNF膜的表面和横截SEM图像；

（j-l）MXene@CNF/Li负极(2 mAh cm-2)，ToF-SIMS探测的Li- j）， O- k）和F- l）的元素分布图像。

（a）在0.5 mA cm-2和2 mA h cm-2下，MXene@CNF和Cu箔上的Li的恒电流充放电电压曲线；

（b）MXene@CNF和Cu箔上Li的相应沉积/析出效率；

（c）MXene@CNF/Li和Cu/Li对称电池中的恒电流充放电电压特性；

（d，e）图c中放大300-400 h和1000-1100 h处的局部电压曲线。

（a，b）在0.2 C时，MXene@CNF/Li||LFP和Cu/Li||LFP全电池的充放电电压曲线a）和循环性能图b）；

（c）在0.1-2 C下，MXene@CNF/Li||LFP和Cu/Li||LFP的倍率性能；

（d）柔性MXene@CNF/Li||LFP@CNF全电池的示意图；

（e，f）MXene@CNF/Li||LFP@CNF全电池的充放电电压曲线e），以及0.2 C下的循环性能f）。

【小结】

本文报道了一种基于互锁拓扑设计思想制备的超薄（~25 μm）、柔性、自支撑Ti3C2Tx MXene@CNF薄膜。MXene片层与MXene@CNF微球间互锁的微观结构，有助于降低片层的层滑动，提高MXene膜的机械强度和柔韧性，扩大层间距，防止MXene的重新堆积，加快了反应动力学，确保锂负极较高的面容量和优异的倍率性能。MXene表面富含的亲锂官能团与Li表现出较强的相互作用，可以诱导Li金属的均匀成核和无枝晶生长。由此构建的Li负极，在1 mA cm-2下，循环250圈，显示出稳定的库仑效率，0.5 mA cm-2下，稳定循环1300 h。基于该柔性MXene@CNF/Li复合负极和柔性自支撑LFP@CNF正极组装的柔性全电池，显示出良好的长循环稳定性，循环约100圈，容量保持率达95.25%。这项工作不仅为超薄、柔性和自支撑特性的功能化MXene薄膜提供了一种简便的、大规模的制备方法，也将其实际应用扩展到了柔性储能器件领域。

文献链接：

“Topological design of ultrastrong MXene paper hosted Li enables ultrathin and fully flexible lithium metal batteries”（Nano Energy, 2020, DOI: 10.1016/j.nanoen.2020.104817）。