2022年10月19日，中科院吴忠帅课题组和郑双好课题组在《Energy Storage Materials》上发表题为All 3D printing lithium metal batteries with hierarchically and conductively porous skeleton for ultrahigh areal energy density的文章，报道了3D打印Ti3C2TxMXene框架沉积锂金属与超厚磷酸铁锂正极，构筑出高面积能量密度、长寿命锂金属电池。

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文章简介

锂金属电池(LMBs)被视为当前锂离子电池技术的革命。然而，由于存在锂枝晶、阴极质量负载有限、动力学迟缓不匹配等瓶颈问题导致循环性差、能量密度低，阻碍了其实际应用。本文提出了3D打印导电Ti₃C₂T_x MXene支架和多孔LiFePO₄晶格构建高质量负载、长寿命和高能量密度的锂金属电池。在171 mg/cm²的超高质量负载下，通过合理匹配无枝晶MXene基锂阳极和分层导电LiFePO₄框架，组装了完整的电池。组装后的LMBs具有25.3毫安时/厘米的面积容量，这是前所未有的，同时达到了创纪录的81.6 mWh/cm²的面积能量密度，提高了循环稳定性500次，突破了厚膜阴极的限制。因此，本工作为先进锂金属电池(LMBs)的合理制备提供了一种可行的策略。

研究内容解读

本研究展示了一种利用多孔MXene晶格来调节局部电流分布，构建由无枝晶锂阳极组成的超高性能锂金属电池的3D打印方法，该方法使锂成核和三维导电多孔LFP框架均质化，实现了快速离子/电子转移通道。由于MXene中有丰富的Li成核位点和较大的孔隙体积，3D打印的MXene支架阻止了锂阳极的体积变化和枝晶形成，转化为30 mAh/cm²的30 mA/cm²的优异速率性能和超过4800 h的良好循环寿命。此外，通过将超厚LFP阴极晶格与高效电子和离子网络相匹配，全3D打印LFPI MXene@Li LMBs在171 mg/cm2的超高质量负载下，提供了前所未有的面积容量(25.3mAh/ cm² )和能量密度(81.6 mWh/ cm²)，超过了当下所有的3D打印电池。该工作旨在通过3D打印技术同时解决阴极加载和锂阳极不稳定的障碍，为研制长寿命的高能锂金属电池提供了一条可行的途径。