過渡金屬（TM）氧化物正極（jí）（如 LiFePO₄、富錳基氧化物）憑借（jiè）高能量密度（dù）、優異倍率性能與成本優勢（shì），已成為鋰離子電池（LIBs）在新能源汽車、儲能領域的核心選擇。然而，循（xún）環過程中難以規避的過渡金屬離子串擾效（xiào）應，是製約電池長循環穩定性的關鍵瓶頸。傳統認知認為，正極溶解的（de） Fe、Mn、Ni 等離子（zǐ）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（diàn）鏡（Cryo-TEM）的高分辨觀（guān）測（cè）優勢，首次揭示了串擾效應的 “催化 - 重構” 本質，為高壽命 LIBs 的設計（jì）提供了全新理論範（fàn）式。

串擾（rǎo）效應的核心始於過渡金屬離（lí）子的 “溶（róng）劑化 - 催化（huà）” 耦合過程。研究發現，正極溶解的 Fe³⁺、Fe²⁺、Mn²⁺離子進入電（diàn）解（jiě）液後，會迅速與碳酸酯類溶（róng）劑分子形成 “溶劑化 - TM” 配位複合物（如 EC-Fe³⁺、DMC-Mn²⁺），這一過（guò）程使電解液的還原電（diàn）位提升 0.3-0.5V，顯著降低了電解（jiě）液在負極表麵的還原反（fǎn）應能壘。更關鍵的是，過渡金屬（shǔ）離子作為電子轉移中（zhōng）介，會催化電解液（yè）發（fā）生雙（shuāng）電子還原反（fǎn）應 —— 不同於正常循環中電解液（yè）的單電子還原路徑，該催化反應生成大量（liàng）有機金屬絡合物（如 Fe - 碳酸酯絡合物、Mn - 酯類衍（yǎn）生物），這些產物通過電遷移（yí）沉積於 SEI 膜（mó）內（nèi）部，使膜的化學組成（chéng）從傳（chuán）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（guò）渡金屬離子對 SEI 膜的退化呈現 “催化破壞 - 循環加劇” 的（de）雙（shuāng）重機製（zhì）。冷（lěng）凍電鏡觀測顯示，催（cuī）化反應（yīng）生成的 CO、C₂H₄、CO₂等氣體在（zài） SEI 膜內部形成尺寸 50-200nm 的孔隙，導致膜的致密度從正（zhèng）常循環的（de） 1.8g/cm³ 降至 1.2g/cm³ 以下，界麵完整性被嚴重破（pò）壞。破損的（de） SEI 膜無法阻擋電解液滲透，引發持（chí）續的副反應：每循環 100 次，活（huó）性 Li⁺損耗量增加 15%-20%，電解液分解產物持續沉積，促使 SEI 膜呈現 “自下而上” 的異（yì）常生長 —— 與正常循環中均勻（yún）致密的增（zēng）厚不同，串擾誘導的 SEI 膜厚度以 0.8-1.2nm / 循環的（de）速率激增，且（qiě）層間存在明顯裂隙，導致電池（chí）極化電阻每 100 循環增加 80-120mΩ。研（yán）究進一步證實，離子價態是催（cuī）化活（huó）性的關鍵（jiàn）調控因素（sù）：Fe³⁺的催化活性是 Fe²⁺的（de） 2.3 倍，Mn³⁺（若存在（zài））對（duì）電解液分解的催化效率較 Mn²⁺提升 1.8 倍，高價位離子引發的（de）產氣速率與 SEI 膜增長速度顯著更快。
基於上述微觀機製（zhì），團隊提出 “源頭抑製 - 界麵阻隔” 的（de）雙維度優化策略。在電解液體係重構方麵，選用與過渡金屬離子結合能低於 20kJ/mol 的溶劑（如氟（fú）代碳酸乙烯酯（zhǐ） FEC、碳酸（suān）二乙酯 DEC 複配體係），可使 “溶劑化 - TM” 複合（hé）物的（de）形成概率（lǜ）降低 40% 以上，從源頭切（qiē）斷催化反應鏈；同（tóng）時添加（jiā） 0.5%-1.0% 的螯合（hé）劑（如冠醚衍生物（wù）），通過選擇性絡合過渡金屬離子，抑製其遷（qiān）移能力。在 SEI 膜界（jiè）麵工程方麵，采用 “梯度電壓化（huà）成工藝”（0.01C 恒流充（chōng）電至 1.5V，再以（yǐ） 0.1C 升至 3.0V），搭配 1%-2% 的成膜添加劑（如 VC、LiBOB），可構建厚度均勻（20-30nm）、電（diàn）子絕緣性優異（電子（zǐ）電導（dǎo）率（lǜ）＜10⁻¹⁰S/cm）的（de）致密（mì） SEI 膜，物理（lǐ）阻斷過渡金屬離子擴散（sàn）的同時（shí），抑製其催化（huà）還（hái）原活性。

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