多功能MXene添加剂提升LiFePO4正极高倍率性能的创新研究

《Journal of Alloys and Compounds》：Enhanced high-rate LiFePO 4 cathode enabled by a multifunctional MXene additive

本文提出通过机械湿法混合制备LFP@MX复合材料，利用二维Ti3C2Tx MXene构建"面-点"导电网络，同步提升锂离子电池（LIB）正极材料的电子传导性（104-105 S cm?1）和Li+扩散速率，使LFP@MX在0.1C下实现163.1 mAh g?1放电比容量，5C循环500次后容量保持率达53.5%，为高倍率LFP基LIB设计提供新策略。

　　

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制备方法

LFP@MX复合材料制备流程（图1）如下：

(1) Ti₃C₂T_x（MXene）合成：采用典型LiF/HCl蚀刻法，将Ti₃AlC₂粉末与LiF/HCl混合溶液在40℃反应48小时，经离心清洗后超声剥离获得MXene。

结果与讨论

XRD分析显示LFP@MX复合物保留橄榄石相结构（PDF#83-2092），MXene的(002)晶面衍射峰（约6°）证实其结构完整性。电化学测试表明，MXene构建的三维导电网络将电极离子扩散系数提升至6.93×10^?15 cm² s^?1，显著增强界面电荷转移效率。

结论

通过机械湿法混合构建的LFP@MX复合正极，利用MXene纳米片与LFP颗粒形成协同导电机制：（1）建立电子高速通道；（2）表面官能团促进Li⁺迁移；（3）二维层状结构缩短离子扩散路径，为高倍率LIB应用提供创新解决方案。