​中大符若文/刘绍鸿Carbon：银纳米颗粒修饰的 MXene 基聚合物刷实现高稳定锂金属电池

锂金属作为下一代储能设备有前途的负极材料。然而，锂金属负极的应用受到一些严重问题的阻碍：不可控枝晶生长和循环过程中无限体积膨胀。

在此，中山大学符若文，刘绍鸿等人制备了一种高性能锂金属，由均匀分布的小尺寸银纳米粒子装饰的聚(4-乙烯基吡啶)接枝Ti₃C₂ MXene分子刷组成。得益于Ti₃C₂-g-PV4P 薄膜和银纳米粒子之间的协同效应，实现了无枝晶锂沉积，成核过电位低（∼3.2 mV），库仑效率高（200 次循环后大于 98%）。

由Li@host 负极和LiFePO₄正极组装而成的完整电池具有较高的放电容量（5C 时为 102.8 mAh g^-1）和出色的循环稳定性（1C 150 次循环后为 137.8 mAh g^-1）。

图1. 循环前后形貌表征

总之，该工作制备了一种高性能锂宿主，它由接枝聚（4-乙烯基吡啶）的二维Ti₃C₂ 纳米片组成，并修饰有均匀分布的小尺寸银纳米颗粒（Ti₃C₂-g-P4VP-Ag）。研究证明，均匀分布的小尺寸银纳米粒子可归因于银离子与Ti₃C₂-g-P4VP 纳米片中的P4VP链的螯合作用。经过改性和接枝聚合后，Ti₃C₂保持了良好的二维形貌和化学稳定性，通过纳米片的堆叠进一步构建了三维多孔骨架，从而提供了锂存储空间。

因此，Ti₃C₂-g-P4VP 与具有高亲锂性和导电性的小尺寸银纳米粒子的协同作用，使无树枝状锂沉积在宿主上，具有低成核过电位（∼3.2 mV）和高库仑效率（200 次循环后>98%）。此外，当与 LFP 正极耦合时，带有Li@host负极的全电池可提供出色的容量（5C 时为 102.8 mAh g^-1）和循环稳定性（1C 时循环 150 次后为 137.8 mAh g^-1）。因此，该工作为未来的锂金属复合宿主提供了一个可行的方向，在锂金属电池的应用中具有广阔的前景。

图2. 电池性能

MXene-based polymer brushes decorated with small-sized Ag nanoparticles enabled high-performance lithium host for stable lithium metal battery, Carbon 2023 DOI: 10.1016/j.carbon.2023.118616