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近日，中國科學(xué)院大連物理化學(xué)研究所催化基礎(chǔ)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室二維材料化學(xué)與能源應(yīng)用研究組（508組）吳忠?guī)浹芯繂T、鄭雙好副研究員團(tuán)隊(duì)，設(shè)計(jì)了三維多孔導(dǎo)電親鋰的Ti3C2Tx MXene骨架用于高容量、無枝晶金屬鋰負(fù)極，匹配三維多孔導(dǎo)電、超高載量磷酸鐵鋰正極，研制出高能量密度、長壽命鋰金屬電池。

鋰金屬電池因金屬鋰負(fù)極具有高理論比容量（3860 mAh/g）和低氧化還原電壓（-3.04V vs. SHE）而被認(rèn)為是下一代高能量電池。然而，由于其存在不可控的鋰枝晶、死鋰，以及充放電過程鋰金屬體積膨脹等問題，導(dǎo)致鋰金屬循環(huán)性能差，安全性能低，限制了鋰金屬負(fù)極在高比能鋰金屬電池中的實(shí)際應(yīng)用。此外，傳統(tǒng)的刮涂法制備出的正極活性物質(zhì)載量有限（20mg/cm2），面積容量往往低于4mAh/cm2，使得鋰金屬電池的面積能量密度較低。因此，如何同時(shí)獲得穩(wěn)定的無枝晶鋰負(fù)極和匹配的高載量正極，以實(shí)現(xiàn)長壽命和高能量密度的鋰金屬電池，仍面臨挑戰(zhàn)。

本工作中，該團(tuán)隊(duì)研制了3D打印Ti3C2Tx MXene框架沉積的鋰金屬負(fù)極與超厚磷酸鐵鋰框架正極，構(gòu)筑出高面積能量密度、長壽命鋰金屬電池。研究發(fā)現(xiàn)，MXene導(dǎo)電骨架的親鋰特性能夠調(diào)節(jié)局部電流分布，均勻化鋰成核與沉積，形成均勻的富LiF固體電解質(zhì)界面層和穩(wěn)定的鋰/電解質(zhì)界面，實(shí)現(xiàn)了高容量（30mAh/cm2）、高穩(wěn)定（＞4800h循環(huán)）且無枝晶的鋰金屬負(fù)極。3D打印磷酸鐵鋰電極（載量171mg/cm2）具有三維多孔導(dǎo)電框架結(jié)構(gòu)，促進(jìn)了電子傳輸動(dòng)力學(xué)速率，降低了厚電極中的離子傳輸距離，提高了活性材料的利用率，從而有效地提高了鋰金屬電池的電化學(xué)性能。所匹配的鋰金屬全電池（鋰負(fù)極過量50%）表現(xiàn)出25.3mAh/cm2的高面容量和81.6mWh/cm2的高面能量密度，遠(yuǎn)高于目前文獻(xiàn)中報(bào)道值。本工作通過3D打印同時(shí)解決了鋰金屬負(fù)極不穩(wěn)定和正極面容量較低的問題，為研制長壽命、高比能鋰金屬電池提供了一條可行的途徑。 

原標(biāo)題：中科院大連物化所研制3D打印高比能鋰金屬電池