近日，南开大学化学学院、有机新物质创造前沿科学中心陈军院士、卢勇研究员团队提出塑性变形驱动的非外延（110）织构调控策略，利用Li金属低屈服强度和高延展性的本征力学特性，在沉积过程中施加压力，诱导（110）（111）晶面滑移，使随机取向晶粒逐步转向（110），突破传统外延生长对晶格匹配基底和界面调控的依赖。强（110）织构Li的成核过电位由151 mV降至74 mV，Li||Li对称电池稳定循环超2200 h；Li||LiFePO₄全电池循环300圈后容量保持率达91.4%，Li||NCM811全电池循环500圈后仍保持133 mAh g⁻¹。该策略对不同电解液、电流密度和基底具有普适性，并可推广至Na金属。相关成果以“Plastic-Deformation-Driven Nonepitaxial Deposition of (110)-Texture Enables Stable Lithium and Sodium Metal Anodes”为题发表于《Advanced Materials》期刊，陈军院士、卢勇研究员为论文通讯作者，南开大学有机新物质创造前沿科学中心为论文通讯单位。
核心亮点
1.提出塑性变形驱动的非外延(110)择优沉积机制，突破传统外延取向调控限制。
2.证实外加压力主要通过晶体滑移促使Li晶粒重取向，增强(110)织构。
3.该机制不依赖电解液化学、沉积电流密度或基底类型，显示出较强普适性。
4. (110)取向Li沉积显著改善电化学稳定性，Li||Li对称电池循环超过2000 h，Li||NCM811全电池超过500圈。
5.机制可拓展至Na金属负极，Na因更强室温塑性形成更均一的(110)织构。
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不受控制的Li沉积和枝晶生长严重限制了锂金属电池的循环寿命。实现(110)取向Li沉积是缓解这些问题的有效策略。然而，现有调控方法通常依赖特定基底或受限电化学条件，普适性有限，并忽略了Li金属的内禀力学响应。
该研究展示了一种应力驱动的塑性变形机制，可在不依赖外部化学环境或基底结构的情况下诱导非外延但(110)择优的生长模式。外加应力主要通过晶体滑移驱动塑性变形，使晶粒逐渐重取向并增强(110)织构。
这显著改善了电化学稳定性，使Li||Li对称电池循环超过2000 h，Li||NCM811全电池循环超过500圈。重要的是，该策略仅依赖Li的内禀力学性质，不需要基底改性或界面工程，因此在多种体系中具有广泛兼容性。
该原理还可拓展至钠金属负极，实现类似的应力驱动(110)织构形成。该工作有效地将晶体取向调控与传统外延限制解耦，建立了调控碱金属沉积的普适力学方法。
图文解读
图1 | 堆叠压力诱导Li金属塑性变形，并推动沉积形貌和晶体取向由外延向非外延(110)择优生长转变。
研究人员首先通过应力-应变和蠕变响应证明Li金属在室温下容易发生塑性变形。随着堆叠压力升高，Li沉积由疏松突起逐渐变得平整致密。应力集中会出现在球形沉积物顶部和边缘，驱动晶体滑移与晶粒重排；XRD和EBSD进一步显示，沉积层逐步强化(110)取向，并由外延生长转向非外延择优生长。
图2 | 在0.8 ton装配压力下，Li即使沉积在s-Li(200)基底上也会形成非外延(110)织构。
该团队比较了Li不同晶面的晶格错配，并在s-Li(200)基底上开展沉积实验。EBSD截面图、晶粒尺寸分布和相图显示，沉积层与单晶基底之间并不存在简单外延继承关系。
2D-GIXRD和XRD则表明，随着面容量从0增至30 mAh cm⁻²，(110)衍射信号持续增强。在Cu基底上的沉积同样出现(110)主导取向，说明该取向并非由外延匹配决定。
图3 | 装配压力大小直接调控Li沉积层的织构强度，较高压力进一步强化非外延(110)取向。
在1 ton装配压力下，s-Li(200)基底上的Li沉积显示出更明显的(110)取向特征。不同压力条件下的XRD和相对织构系数对比表明，压力增加会削弱基底外延影响，并增强由塑性变形诱导的晶粒重取向。
PF和IPF分析进一步说明，0.8 ton和1 ton条件下沉积层均呈现非外延(110)织构，但高压力使取向分布更加集中。
图4 | 非外延(110)织构Li沉积在对称电池和LFP、NCM811全电池中带来更稳定的电化学循环。
电化学测试表明，装配压力调控后的(110)取向Li沉积具有更低极化和更稳定沉积/剥离行为。在2 mA cm⁻²、10 mAh条件下的电压曲线显示沉积过程更平稳。
s-Li(200)||s-Li(200)对称电池在1、3、5、8 mA cm⁻²下保持良好倍率稳定性，并在1 mA cm⁻²、1 mAh cm⁻²下实现超过2000 h循环。LFP和NCM811全电池也表现出更长寿命。
图5 | 不同电解液和电流密度条件下，Li沉积仍保持稳定(110)织构，证明该机制不受常规电化学变量主导。
研究团队通过C 1s和F 1s XPS分析不同电解液中形成的SEI，并结合SEM观察Li沉积形貌。虽然电解液会改变界面组分和表面形貌，但XRD显示(110)织构仍保持主导。
进一步改变电流密度至1-20 mA cm⁻²后，(110)取向依然稳定存在。这说明界面化学、传荷动力学和沉积速率会影响形貌细节，却不能覆盖塑性变形驱动的非外延取向机制。
图6 | Na金属沉积同样形成非外延(110)织构，验证塑性变形机制可推广至BCC碱金属负极。
该团队进一步将机制拓展到Na金属体系。常规Na箔呈多晶随机取向，截面EBSD显示沉积Na与基底没有晶体学外延关系；但顶视SEM、EBSD IPF、晶粒分布、2D-GIXRD和XRD均证明沉积层形成高度一致的(110)取向。
由于Na的剪切模量和屈服强度更低，其室温塑性更强，更容易在压力下发生晶粒重排，因此形成比Li更均一的宏观(110)织构。
总结
综上，该研究揭示了堆叠压力调控Li和Na金属沉积取向的内在力学根源：外加应力可诱导软金属发生塑性变形，并通过晶体滑移和晶粒重取向形成非外延(110)择优织构。
这一机制不依赖特定基底、电解液或界面修饰，能够在多种沉积条件下保持稳定，并显著改善锂/钠金属负极的循环性能。由于(110)晶面在BCC碱金属中具有较高原子密度和更稳定表面特征，该取向有利于实现更加平整、少枝晶的金属沉积。
该工作为金属负极设计提供了从界面化学调控转向内禀力学调控的新路径，也为高安全、高能量密度碱金属电池构筑提供了普适策略。
文献信息
Plastic-Deformation-Driven Nonepitaxial Deposition of (110)-Texture Enables Stable Lithium and Sodium Metal Anodes,Advanced Materials,2026,DOI:10.1002/adma.74659
来源：物质绿色创造与制造海河实验室
