英文原题：Cu-CNTs current collector fabricated by deformation-driven metallurgy for anode-free Li metal batteries （全文阅读）
通讯作者：黄永宪，哈尔滨工业大学
作者： Cheng Shan（单承），Zhiwei Qin （秦志伟），Yuming Xie（谢聿铭，助理教授），Xiangchen Meng（孟祥晨，副研究员），Jialin Chen（陈佳霖），Yuexin Chang（常月鑫），Ranzhuoluo Zang （臧然卓荦），Long Wan（万龙，教授），Yongxian Huang（黄永宪，教授）
正文：
作为一种新型的锂离子电池结构，无阳极锂金属电池（AFLMBs）因其优异的能量密度在新一代锂离子电池结构中展现出了巨大的应用潜力。相较于传统的锂离子电池结构，无阳极锂金属电池配置在阳极一侧采用铜集流体，其代替阳极起到接收锂离子的作用。由于减少了锂金属的使用，从而降低了成本并提高安全性。然而，由于铜集流体采用辊压铜箔制备，其晶粒大小不均匀性以及疏锂性使得在经过循环后表面的锂沉积形貌不均匀，促使了锂枝晶和死锂的形成，这导致电池性能降低并造成安全隐患。
针对上述难题，哈尔滨工业大学黄永宪教授团队受到碳纳米管（CNTs）能够降低锂成核过电位，提供大量锂成核位点的现象启发，结合前期研究工作，通过全新“多相粉末原位固相复合化”制备手段——形变驱动冶金技术（Deformation-driven metallurgy，图1），兼顾固相粉末冶金与搅拌摩擦大塑性形变双重优势，实现了具有CNTs匀分布特性的铜基复合材料的制备。通过微观组织表征与电池循环性能测试评价了复合材料的CNTs分布特性以及电化学性能，并基于位错运动和晶界迁移的钉扎效应评估了复合材料的晶粒大小及分布均匀性变化，阐述了其稳定长时间循环机理。
如图2所示，通过调整优化工艺参数，可获得平均晶粒尺寸1.93μm的细晶CNTs增强铜基复合材料。形变驱动冶金带来的大塑性变形使得碳纳米管的结构被充分破坏，暴露出更多的缺陷，这有利于锂的成核。同时碳纳米管在铜基体中均匀分布，其对基体晶粒晶界迁移和位错运动的钉扎作用抑制了CNTs增强铜基复合材料动态再结晶晶粒的长大，提高了复合材料的晶粒细化效果与分布均匀性。由于晶界的能量高于晶粒内部，锂更趋向于在晶界处形核。相比于传统辊压铜箔，更加细小且均匀分布的晶粒有利于形成均匀致密的锂沉积形貌。
在优化的2vol.% CNTs含量下，形变驱动冶金制备的CNTs增强铜基复合材料半电池及全电池循环稳定性明显提高（图3与图4），比传统辊压铜箔的电池循环稳定性高出一倍以上，这说明通过形变驱动冶金技术制备得到的CNTs均匀分布的细晶铜基复合材料可以有效提高半电池的循环稳定性。
为了解释CNTs均匀分布的细晶铜基复合材料带来的电池循环性能提升机制，拍摄了铜箔以及不同CNTs含量的铜基复合材料在经过组装电池循环后表面锂沉积形貌（图5）。可以看到合适碳纳米管含量的铜基复合材料表面锂沉积形貌均匀且致密，没有像传统辊压铜箔一样部分区域暴露出铜基体。这说明铜基体中均匀分布的CNTs和细小晶粒能够诱导出现致密的锂沉积形貌，从而提高了电池的循环稳定性。
相关论文发表在Carbon上，哈尔滨工业大学硕士生单承、博士生秦志伟、谢聿铭助理教授、孟祥晨副研究员为文章的共同第一作者，黄永宪教授为通讯作者。该工作得到黑龙江省博士后基金项目（LBH-Z20055）、国家自然科学基金青年科学项目（52001099）、黑龙江省自然科学基金杰出青年项目（JJ2020JQ0085）资助。