综述：基于MXene和介孔增强的高性能锂离子电池负极材料研究进展

【编辑推荐】本综述系统探讨了过渡金属氧化物（TMO）与MXene二维材料、金属泡沫复合的负极体系，通过构建多级结构解决锂枝晶、体积膨胀等问题，为提升锂离子电池（LIB）能量密度和循环稳定性提供新策略，兼具导电支架（MXene）与缓冲骨架（Cu/Ni泡沫）的协同优势。

　　

引言

随着电动汽车和储能系统需求激增，锂离子电池（LIB）负极材料成为研究焦点。锂金属负极虽具有3860 mA h/g超高理论容量，却因锂枝晶生长和体积膨胀问题难以实用化。过渡金属氧化物（如TiO₂、SnO₂）凭借2-3倍于石墨的容量成为潜力替代品，但其导电性差和循环结构劣化仍是瓶颈。

历史性突破与挑战

从1970年代锂金属负极探索到1991年石墨商业化，LIB发展历经多次迭代。近年研究转向复合体系：MXene（二维过渡金属碳/氮化物）因其超高导电性和机械强度成为理想导电网络；金属泡沫（如Cu/Ni）的三维骨架可缓冲体积应变并缩短离子扩散路径。

材料协同效应

TMO/MXene复合：通过溶胶-凝胶或水热法合成的SnO₂纳米颗粒与MXene复合后，比容量提升40%以上，MXene的表面官能团可锚定TMO颗粒抑制团聚。

金属泡沫载体：Ni泡沫负载TiO₂时，其孔隙率（>80%）使电解液渗透率提高3倍，循环500次后容量保持率达92%。

未来方向

1. 1.

   多金属氧化物开发：如尖晶石型NiCo₂O₄可平衡容量与稳定性；

2. 2.

   纳米结构优化：中空介孔球（2-50 nm）兼具高比表面积和结构刚性；

3. 3.

   低成本工艺：电化学剥离法量产MXene仍需能耗降低50%以上。

结论

TMO/MXene/金属泡沫三级结构通过"导电-缓冲-载流"协同机制，将LIB能量密度推至600 Wh/kg阈值。下一步需攻克规模化生产中的模板去除效率和界面应力调控难题，推动该体系从实验室走向产业化。