低温轧制——超薄锂金属负极加速高能量密度时代的到来！
低温轧制——超薄锂金属负极加速高能量密度时代的到来！
锂金属在低温下的理化特性和力学加工等方面的研究甚少，希望本文能提高科研界对锂金属低温加工相关研究的关注度，通过建立锂金属材料成型端到电化学应用端的内在关联，进一步推动锂金属的低温加工和界面设计。
导读
在新型高能电极材料的应用领域，厚度可控的超薄金属锂材料的设计制备有望极大地促进储能器件的发展（图1A）。然而，锂的低熔点和扩散蠕变特性严重阻碍了超薄金属锂的生产。为了推进创新能源的实施，急需开发环境友好且高效的方法来大规模加工超薄金属锂。在此，本文提出低温轧制加工技术，使锂金属能够在非常规温度下改变其自身特性。我们的目标是发展一种加工过程引发相变界面的锂金属大规模超薄加工实用技术。
图1 低温轧制超薄锂带加工示意图 （A） 超薄锂金属的应用；（B）锂金属在低温下的力学性能；（C）低温加工界面设计新理念
由于锂金属的熔点较低（180.54 °C），它在室温下存在严重的扩散蠕变和非常低的拉伸强度（1.0 MPa）。因此，采用传统金属加工工艺制备锂金属材料的效果并不理想。基于异位冷冻技术，锂金属材料的预处理在零度以下低温环境的强度指标显示出显著改善（图1B）。结果表明，锂金属在低温下的处理与室温下有很大不同。锂金属在0至-10°C的的强度是25°C时的1.8倍，并且会随着温度降低进一步降低。这种现象可能是由于锂金属材料的脆性特性导致的，不利于成型过程。因此，金属锂加工性能的最佳温度范围为0至-10°C，又可以增加其强度，因此有助于促进超薄锂金属的加工。
另一方面，轧制过程中采用的润滑系统在低温操作环境中可能会表现出可变性，这主要是用于提高表面硬度和提供润滑的液相摩擦系统在低温下会凝固所造成的（图1C）。在界面处具有固相摩擦系统的锂金属将表现出更好的机械加工性能。随着该过程产生热量，最初在低温下凝固的摩擦界面将逐渐转变为液态。界面动态变化的研究对于制备超薄锂金属具有重要价值。一种更具优势的摩擦界面设计方法涉及使用润滑体系，该体系在低温下变成固体，而在室温下蒸发。在这种情况下，润滑剂组分的基础液相可以从矿物油、硅油、离子液体等转移到更接近电化学应用的挥发性液体电解质。它将在超薄锂金属的生产和电化学应用之间建立直接关联，从而消除工艺中的障碍。本研究对促进超薄锂金属的大规模制备具有重要意义。