近日，由中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所吳中帥教授領(lǐng)導(dǎo)的研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)了具有高能量密度、長壽命的全3D打印鋰金屬電池，這項(xiàng)研究發(fā)表在《儲能材料》上。

這款鋰金屬電池采用多孔導(dǎo)電Ti3C2Tx MXene骨架作為高容量、無枝晶的鋰金屬負(fù)極，采用多維導(dǎo)電LiFePO 4 (LFP) 晶格作為超厚正極。

鋰金屬電池被認(rèn)為是超越當(dāng)前最先進(jìn)的鋰離子電池的下一代高能量電池。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)。

在這項(xiàng)研究中，研究人員報(bào)告了一種用于構(gòu)建超高性能鋰金屬電池的全3D打印方法，通過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。

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，超過了迄今為止報(bào)道的所有3D打印電池。

據(jù)資源庫的了解，這項(xiàng)研究通過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。同時(shí)，該研究得到了國家自然科學(xué)基金、中科院先導(dǎo)專項(xiàng)和中科院大連清潔能源國家實(shí)驗(yàn)室的資助。

近日，由中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所吳中帥教授領(lǐng)導(dǎo)的研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)了具有高能量密度、長壽命的全3D打印鋰金屬電池，這項(xiàng)研究發(fā)表在《儲能材料》上。

這款鋰金屬電池采用多孔導(dǎo)電Ti3C2Tx MXene骨架作為高容量、無枝晶的鋰金屬負(fù)極，采用多維導(dǎo)電LiFePO 4 (LFP) 晶格作為超厚正極。

鋰金屬電池被認(rèn)為是超越當(dāng)前最先進(jìn)的鋰離子電池的下一代高能量電池。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)。

在這項(xiàng)研究中，研究人員報(bào)告了一種用于構(gòu)建超高性能鋰金屬電池的全3D打印方法，通過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。

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，超過了迄今為止報(bào)道的所有3D打印電池。

據(jù)資源庫的了解，這項(xiàng)研究通過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。同時(shí)，該研究得到了國家自然科學(xué)基金、中科院先導(dǎo)專項(xiàng)和中科院大連清潔能源國家實(shí)驗(yàn)室的資助。