柔性自支撑室温液态金属MXene纸用于下一代锂电

【研究背景】

      经过二十多年的发展，锂离子电池正在向多元化方向发展。随着人们对可穿戴式和便携式电子设备的需求不断增加，对柔性锂离子电池的开发成为迫切需要。柔性锂离子电池应该是轻量级的、可拉伸的、可弯曲的、可折叠的。基于浆铸技术的常规锂离子电极重量大、刚性强，限制了其在柔性锂离子电池中的应用。此外，在非柔性的金属收集器上的导电材料和粘合剂降低了锂电池的灵活性和能量密度。在过去的几十年里，人们投入了大量的工作来开发柔性电极，其中一个有效的策略就是用柔性导电基底代替金属集流体。碳纳米纤维、碳纳米管、碳布、碳纸、石墨烯、MXene纸作为柔性导电衬底，加载活性材料，形成柔性锂离子电池的复合电极。

【成果简介】

        最近，山东大学冯金奎教授课题组在国际知名学术期刊Small上发表一篇题目为：Room-Temperature Liquid Metal Confined in MXene Paper as a Flexible, Freestanding, and Binder-Free Anode for Next-Generation Lithium-Ion Batteries 的研究论文，该研究通过将室温液态金属与MXene自支撑薄膜结合合成了新一代柔性锂离子电池正极。

       本研究在不添加任何粘结剂或导电添加剂的情况下，将3℃的液态金属封闭在MXene纸基底中，制备出轻质、柔性、独立式的MXene/液态金属纸。当用作锂离子电池的阳极时，它可以在20 mA g⁻¹提供638.79 mAh g⁻¹的高放电容量。在50、100、200、500和1000 mA g⁻¹时，其放电容量分别为507.42、483.33、480.22、452.30和404.47 mAh g⁻¹。通过略微减小充放电电压范围，可以明显改善循环性能。复合纸还具有比液态金属涂层铜箔更好的电化学性能。本研究提出了一种新型柔性阳极，它是由MXene纸与低熔点液态金属巧妙结合而成，为下一代锂离子电池的研制奠定了基础。

【图文导读】

图一. MXene/液态金属纸物理表征及相关力学测试

图二. XPS测试及比表面积孔径测试

图三.MXene表面，液态金属及MXene/液态金属纸SEM表征

图四.相关锂电性能测试

【本文总结】

      本文通过在MXene基体中封闭3°C获得液态金属，制备了轻质、柔性、独立式、无粘结的MXene/液态金属纸。MXene与液态金属具有良好的润湿性，可以很容易的在MXene上书写或涂抹。这种复合纸是可折叠的，可弯曲的，可卷绕的，没有任何开口。作为锂离子电池的阳极，具有良好的电化学性能。目前正在研究利用先进的涂层技术或改性电解液进一步改善复合纸的电化学性能。其他不同熔点的液态金属也在我们的研究小组中进行。本研究提出了一种MXene与液态金属巧妙结合的新型柔性阳极，为其在储能领域的广泛应用奠定了基础。

文献链接：

https://doi.org/10.1002/smll.201903214

消息来源：微信公众号 MXene Frontier