過渡金屬（TM）氧化物（wù）正極（如（rú） LiFePO₄、富錳基（jī）氧化物）憑借高能量密度、優異（yì）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（lǐng）域的核心選擇。然而，循環過程中難以規避（bì）的過渡金屬離子串擾效應，是（shì）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 Fe、Mn、Ni 等離子僅通過物理沉積破壞負極固體電解質（zhì）界麵（miàn）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（Cryo-TEM）的高分辨觀測優勢，首次揭示了串擾效應的 “催化 - 重（chóng）構” 本質，為高壽（shòu）命（mìng） LIBs 的（de）設計提供了全新理論範式。

串擾效應的核心始於過渡（dù）金屬離子的 “溶（róng）劑化 - 催化” 耦合過程。研究發現，正極溶解的 Fe³⁺、Fe²⁺、Mn²⁺離子（zǐ）進入電解（jiě）液後，會迅速與碳酸酯類溶劑分子形成 “溶劑化 - TM” 配位複合物（如 EC-Fe³⁺、DMC-Mn²⁺），這一過程使電解（jiě）液的還原電位提升 0.3-0.5V，顯著降低了電解液在負極表麵的還原反應能（néng）壘。更關鍵的是，過渡金屬離（lí）子作為電子轉移中介，會催化電解液發（fā）生雙電子還（hái）原反應 —— 不同於正常循環中電解液的單電子還原路徑，該催（cuī）化反應生成大（dà）量有機金屬絡合物（如（rú） Fe - 碳酸（suān）酯絡合物、Mn - 酯類衍生物），這些產物（wù）通過電遷移沉積於 SEI 膜內部，使膜（mó）的化（huà）學組成從傳統的 Li₂CO₃、LiF 為主，轉（zhuǎn）變為有機（jī）金屬複合物占比超 30% 的異（yì）質結構。

過（guò）渡（dù）金屬（shǔ）離子（zǐ）對 SEI 膜的退化呈現 “催化破（pò）壞 - 循環加劇” 的雙重機製。冷凍電鏡（jìng）觀測顯示，催化反（fǎn）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（cháng）循環的 1.8g/cm³ 降至 1.2g/cm³ 以下，界（jiè）麵完整性被嚴重破壞。破損的 SEI 膜無法阻擋電解液滲透，引發持續的副反應：每循環 100 次，活性 Li⁺損耗量增加（jiā） 15%-20%，電解液分解產物（wù）持續沉積，促使 SEI 膜呈現 “自下而上” 的異常生長 —— 與正常循（xún）環中均勻致密的增厚不同，串擾誘導的 SEI 膜厚（hòu）度以 0.8-1.2nm / 循環的速率激增，且層（céng）間存在明顯裂隙，導致電池極（jí）化電阻每（měi） 100 循環增加 80-120mΩ。研究進一步證實，離（lí）子價態是催化活性的關鍵調控因素：Fe³⁺的催化活性是 Fe²⁺的 2.3 倍，Mn³⁺（若存在）對電解（jiě）液分（fèn）解的催（cuī）化效率（lǜ）較 Mn²⁺提升（shēng） 1.8 倍，高價位離子引發的產氣速率（lǜ）與 SEI 膜增長速度顯（xiǎn）著更快。
基（jī）於上述微觀機製，團（tuán）隊提出 “源頭抑製 - 界麵（miàn）阻隔” 的雙維度優化策略。在電（diàn）解（jiě）液體係重構（gòu）方麵，選用與（yǔ）過渡金屬（shǔ）離子結合能低於 20kJ/mol 的溶劑（如氟代碳酸乙烯酯 FEC、碳酸二乙酯 DEC 複配體係（xì）），可使 “溶劑化 - TM” 複合物的形成（chéng）概率降低 40% 以上，從源頭切斷催化反（fǎn）應鏈；同時添加 0.5%-1.0% 的螯合劑（如冠醚衍生物），通過選擇性絡合過渡金屬離子，抑製其遷移能力。在 SEI 膜界麵工（gōng）程方麵，采用 “梯度電壓化成工藝”（0.01C 恒流充電（diàn）至 1.5V，再以 0.1C 升（shēng）至 3.0V），搭配 1%-2% 的成膜添加劑（如 VC、LiBOB），可（kě）構（gòu）建厚度均勻（20-30nm）、電子絕緣性優異（電子電導率＜10⁻¹⁰S/cm）的致密 SEI 膜，物理阻斷過渡金（jīn）屬離子擴散的同時，抑製其（qí）催化還原活性。

關鍵詞（cí）：非晶矽鋼塗布機
該研究的突（tū）破性價值在於，通過冷凍電（diàn）鏡的原子級觀測，首次闡明了過渡金屬串擾效（xiào）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（miàn）化學的理（lǐ）論體係（xì），更提供了可量化的優化（huà）路徑 —— 通過電解液配（pèi）方與化成工藝的協同調控，可使電池在 500 次循環後的（de）容量保持率（lǜ）提升 15%-20%，為高穩定性鋰離子電池的產業化應用奠定了核心基礎。