過渡金屬（TM）氧化物正極（如 LiFePO₄、富錳基氧（yǎng）化物）憑借高能量密度、優異倍率性能與成本優勢，已成為鋰離子電池（chí）（LIBs）在新能源汽車、儲能領域的核心選擇。然而（ér），循環過程中難以規避（bì）的過渡金屬離子串擾效應，是製約電池長循環穩定性的關鍵（jiàn）瓶頸。傳統認知認為，正極溶解的（de） Fe、Mn、Ni 等離子僅通過物理沉積破壞負極固體電解質界麵膜（SEI 膜），但中國科學院物理研究所王雪鋒團隊借助冷凍電鏡（jìng）（Cryo-TEM）的高分辨觀測優勢，首次揭示了串擾效應的 “催化 - 重構（gòu）” 本質，為高壽命 LIBs 的設計提供了全新理論範式。

串擾（rǎo）效應的核心始於過渡金屬離子的 “溶劑化 - 催化” 耦合過程。研究發現，正極溶（róng）解的 Fe³⁺、Fe²⁺、Mn²⁺離子進入電解液後，會迅速（sù）與碳酸（suān）酯類溶劑（jì）分子形成 “溶劑化 - TM” 配位複合物（如（rú） EC-Fe³⁺、DMC-Mn²⁺），這一過程使電解液（yè）的還原電（diàn）位提（tí）升 0.3-0.5V，顯著降低了電解液在負極表麵的還原反應（yīng）能壘（lěi）。更關鍵的是（shì），過渡金屬離子作為電子轉移中介，會催化電解液發生雙電子還原反應 —— 不同於正常循環中電解液的單電子還原路徑，該催化反應（yīng）生成大量有（yǒu）機金屬絡合物（如 Fe - 碳酸酯絡合（hé）物、Mn - 酯類衍生物），這些產物通過電（diàn）遷移沉積於 SEI 膜內部，使膜的化學組成從傳統的 Li₂CO₃、LiF 為主，轉變為有機金屬複合物占比超 30% 的異質結構。

過渡金屬離子對 SEI 膜的退化呈現 “催化破（pò）壞 - 循環（huán）加劇” 的雙重（chóng）機製。冷凍電鏡觀測顯示，催化反應生成的 CO、C₂H₄、CO₂等氣體在 SEI 膜內部形成尺寸 50-200nm 的孔隙，導致膜的致密度從正常循環的 1.8g/cm³ 降至 1.2g/cm³ 以下，界麵完整性被嚴重破壞。破損的 SEI 膜（mó）無法阻擋電解液（yè）滲透，引發持續的副反應：每循環 100 次，活（huó）性（xìng） Li⁺損耗量增加 15%-20%，電解液分解產物持續沉積（jī），促使 SEI 膜呈現（xiàn） “自下而上” 的異常生長 —— 與正常循環中均勻（yún）致密（mì）的增厚不同，串擾誘導的（de） SEI 膜厚度以 0.8-1.2nm / 循環的速率激增，且層間存在明顯（xiǎn）裂（liè）隙，導致電池極化電阻每 100 循環增加 80-120mΩ。研（yán）究進一步證實，離子價（jià）態是催化活性（xìng）的關鍵調控因素：Fe³⁺的催化活性（xìng）是 Fe²⁺的 2.3 倍，Mn³⁺（若存在）對電解液分解的催化效率較 Mn²⁺提升（shēng） 1.8 倍，高價位離（lí）子引發的產氣速率（lǜ）與 SEI 膜增（zēng）長速度顯著更快。
基於上述微觀機製，團隊提出 “源頭抑製 - 界麵阻隔” 的雙（shuāng）維度優化策（cè）略。在電解液體係重構方麵，選用與過渡金屬離子（zǐ）結合能低於 20kJ/mol 的溶劑（jì）（如氟（fú）代碳（tàn）酸乙烯酯 FEC、碳（tàn）酸二乙酯 DEC 複配體係），可使 “溶劑（jì）化 - TM” 複合物的形成概率降低 40% 以上，從源頭切斷催化（huà）反應鏈；同時（shí）添加（jiā） 0.5%-1.0% 的螯合劑（如冠醚衍（yǎn）生物），通（tōng）過選擇性絡合過渡金屬離子，抑（yì）製其遷移能力（lì）。在（zài） SEI 膜界麵工（gōng）程方麵，采用 “梯度電壓化成工藝（yì）”（0.01C 恒流充（chōng）電至 1.5V，再以 0.1C 升至 3.0V），搭配 1%-2% 的成膜（mó）添加劑（如 VC、LiBOB），可構建厚度均勻（yún）（20-30nm）、電子絕緣性優異（電子電（diàn）導率＜10⁻¹⁰S/cm）的致（zhì）密 SEI 膜，物理阻（zǔ）斷過渡金屬（shǔ）離子擴散的（de）同（tóng）時，抑製其催化還原活性（xìng）。

關鍵詞：非晶矽鋼塗布機
該研究（jiū）的突破性價值在於，通過冷凍電鏡的原子級觀測，首（shǒu）次闡明了過渡金屬串擾（rǎo）效應的催化本質，顛覆了傳統物理沉積的認知誤區。這一發現不僅完善了 LIBs 界麵化學的理論體係，更提供了可量化的優化路徑 —— 通過電解液配方與化成工藝的協同調控，可使（shǐ）電池在 500 次循環後的容量保持率提升 15%-20%，為高穩定性鋰（lǐ）離子電池的（de）產業化應用奠定了核心基礎。