重复机械揉捏和压延背后的具体机理是通过物理力诱导原位合金化反应。通过反复压缩和折叠锂箔和锡箔，该工艺实现了原子级混合，有效地将金属锡整合到锂基体中，形成一个内聚、均匀的复合材料。
揉捏和压延产生的机械能将分离的金属箔转化为统一的三维骨架。这种结构提供了一个稳定的支架，可控制体积膨胀并确保电池运行期间均匀的锂沉积。
原位合金化的力学
实现原子级混合
该机理的核心不是简单的物理混合，而是机械驱动的化学整合。通过重复的机械揉捏，锂箔和锡箔之间的界限被打破。
这使得金属锡能够精细分散，最终在锂中实现原子级混合。
形成统一基体
压延施加压力，将这些混合材料压实成固体片材。这会将分离的原材料转化为嵌入锡的单一锂基体。
结果是一种复合材料，其中活性成分与结构支撑无法区分。
结构和电化学优势
形成三维骨架
机械加工在负极内构建了一个均匀的三维骨架。与简单的表面涂层不同，这种内部结构贯穿材料的整个主体。
缓解体积膨胀
锂电池的主要失效模式之一是充电过程中负极的溶胀。通过这种机械揉捏产生的 3D 骨架充当刚性支撑。
这种结构在机械上限制了材料，显著缓解了通常会降低电池寿命的体积膨胀。
产生亲锂位点
原位合金化过程将锡原子均匀地分布在骨架上。这些锡原子充当亲锂位点（吸引锂的位点）。
通过提供大量均匀分布的吸引点，骨架确保了均匀的锂沉积，防止了导致不规则的局部堆积。
理解工艺限制
“重复”加工的必要性
参考资料特别强调了重复揉捏和压延。单次通过或不足的机械加工将无法实现所需的原子级混合。
没有这种彻底的重复，锡将无法完全整合到锂基体中。这将导致框架不均匀，无法有效抑制体积膨胀或保证均匀沉积。
对材料设计的启示
为了优化锂锡复合负极的性能，您必须根据具体的稳定性目标来定制机械加工。
- 如果您的主要重点是结构完整性：确保揉捏过程重复足够，以创建能够抑制体积膨胀的完全集成的三维骨架。
- 如果您的主要重点是沉积质量：优先考虑混合物的均匀性，以最大化亲锂位点的分布，这对于防止不规则锂电镀至关重要。
制备阶段的机械精度是最终负极电化学稳定性的决定因素。
摘要表：
| 机理特征 | 工艺作用 | 电化学优势 |
|---|---|---|
| 原位合金化 | 重复揉捏 | 实现原子级混合和内聚整合。 |
| 3D 骨架 | 机械压缩 | 提供结构支架以缓解体积膨胀。 |
| 亲锂位点 | 均匀锡分散 | 确保均匀锂沉积并防止电镀。 |
| 结构基体 | 精密压延 | 将金属箔转化为统一、稳定的负极片。 |
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参考文献
- Guocheng Li, Zheng‐Long Xu. Decoding Chemo‐Mechanical Failure Mechanisms of Solid‐State Lithium Metal Battery Under Low Stack Pressure via Optical Fiber Sensors. DOI: 10.1002/adma.202417770
本文还参考了以下技术资料 Kintek Press 知识库 .
