近年来,随着便携式可穿戴电子产品的快速普及,人们对储能器件的安全性以及功率密度提出了更高的要求,尤其是兼具高柔韧性的储能器件成为人们的研究热点。在各类二次电池体系中,金属锂电池因负极锂具有高的比容量(3860 m A h/g)、极低的还原电位(相对于标准氢电极为-3.045 V)、最轻的理论密度(0.534g/cm~3),而成为下一代柔性可穿戴电子产品中极具应用前景的储能器件。然而,由于金属锂枝晶生长和体积变化等问题,严重影响金属锂二次电池的循环寿命和安全性能。过渡金属碳/氮化物(MXene)是一种新型二维材料。其表面富含丰富的极性官能团,同时表现出高的电子导电性,因而在柔性器件领域受到广泛关注。然而,MXene材料极易氧化,制备的MXene膜容易堆叠,由此得到的MXene膜通常呈现孔隙率低,机械强度差,难易用于构建超薄、柔性、高容量的金属锂负极。为解决金属锂和MXene的一些问题,本论文开展了如下工作:(一)MXene@CNF薄膜的制备及其在柔性金属锂二次电池中的研究本文中,我们采用旋转蒸发的技术将MXene与纳米纤维素(CNF)复合,制备得到一种柔性、超薄(～25μm)自支撑的MXene基薄膜MXene@CNF。由于在旋转蒸发过程中转鼓造粒作用形成的MXene@CNF微球,与MXene@CNF二维片层相互交叠的拓扑结构,使得这种薄膜兼具超强的柔韧性与高导电性,同时MXene@CNF微球也避免了MXene材料的再次堆叠,提高了离子传输速率。我们将金属锂沉积到MXene@CNF薄膜中,成功制备出MXene@CNF/Li金属锂负极。在循环过程中,MXene表面丰富的极性官能团诱导金属锂均匀沉积,避免了金属锂枝晶的形成。并且,得益于MXene@CNF的三维结构很好的限制了金属锂的体积膨胀,提供了锂离子快速传输通道。在对称电池的测试中复合金属锂负极表显出长达1300小时的稳定循环,在与磷酸铁锂(LFP)匹配全电池的测试中表现出高的容量保持率(200圈循环后容量保持92.26?%),以及优异的倍率性能。在循环前后,MXene@CNF/Li薄膜都显示出超强的机械性能。而后,我们同时制备了磷酸铁锂与纳米纤维素柔性复合正极材料(LFP@CNF),与柔性MXene@CNF/Li负极匹配,成功制备出柔性全电池,并且在0.2 C倍率下发挥出151 m A?h?/g的可逆容量,在将近100圈循环后仍有95.25%容量保持率。(二)MXene空心球薄膜的制备及其在柔性金属锂负极中的性能研究为了进一步提高金属锂的沉积量,我们提出采用具有更大空隙的MXene空心球薄膜沉积金属锂作为金属锂负极。通过MXene空心球构筑的三维骨架结构减低局部电流密度,有利于金属锂均匀沉积。MXene构成的空心球结构,具有更大的空隙,能够容纳更高沉积量的金属锂从而提高负极的整体能量密度。MXene薄膜内所构筑的金属锂负极表现出均匀的金属锂沉积行为,以及长的循环寿命。这种薄膜同样也兼具柔性自支撑的特点,能够胜任高锂沉积量,大电流密度下的电池循环。在0.5 m A/cm~2的电流密度下,沉积2 m A h/cm~2的金属锂循环250圈,半电池库伦效率稳定在98%以上。这项工作为金属锂负极在柔性储能器件中的实际应用提供了新的可能。