過渡金屬（TM）氧化物正極（如 LiFePO?、富錳基氧化物）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（LIBs）在新能源汽車、儲能領域的核心選擇。然而，循環過程中難以規避的過渡金屬離子串擾效應，是制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界面膜（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 - 重構” 本質，為高壽命 LIBs 的設計提供了全新理論范式。

串擾效應的核心始于過渡金屬離子的 “溶劑化 - 催化” 耦合過程。研究發現，正極溶解的 Fe3?、Fe2?、Mn2?離子進入電解液后，會迅速與碳酸酯類溶劑分子形成 “溶劑化 - TM” 配位復合物（如 EC-Fe3?、DMC-Mn2?），這一過程使電解液的還原電位提升 0.3-0.5V，顯著降低了電解液在負極表面的還原反應能壘。更關鍵的是，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 —— 不同于正常循環中電解液的單電子還原路徑，該催化反應生成大量有機金屬絡合物（如 Fe - 碳酸酯絡合物、Mn - 酯類衍生物），這些產物通過電遷移沉積于 SEI 膜內部，使膜的化學組成從傳統的 Li?CO?、LiF 為主，轉變為有機金屬復合物占比超 30% 的異質結構。

過渡金屬離子對 SEI 膜的退化呈現 “催化破壞 - 循環加劇” 的雙重機制。冷凍電鏡觀測顯示，催化反應生成的 CO、C?H?、CO?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，界面完整性被嚴重破壞。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 15%-20%，電解液分解產物持續沉積，促使 SEI 膜呈現 “自下而上” 的異常生長 —— 與正常循環中均勻致密的增厚不同，串擾誘導的 SEI 膜厚度以 0.8-1.2nm / 循環的速率激增，且層間存在明顯裂隙，導致電池極化電阻每 100 循環增加 80-120mΩ。研究進一步證實，離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）對電解液分解的催化效率較 Mn2?提升 1.8 倍，高價位離子引發的產氣速率與 SEI 膜增長速度顯著更快。
基于上述微觀機制，團隊提出 “源頭抑制 - 界面阻隔” 的雙維度優化策略。在電解液體系重構方面，選用與過渡金屬離子結合能低于 20kJ/mol 的溶劑（如氟代碳酸乙烯酯 FEC、碳酸二乙酯 DEC 復配體系），可使 “溶劑化 - TM” 復合物的形成概率降低 40% 以上，從源頭切斷催化反應鏈；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，抑制其遷移能力。在 SEI 膜界面工程方面，采用 “梯度電壓化成工藝”（0.01C 恒流充電至 1.5V，再以 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）、電子絕緣性優異（電子電導率＜10?1?S/cm）的致密 SEI 膜，物理阻斷過渡金屬離子擴散的同時，抑制其催化還原活性。

關鍵詞：非晶硅鋼涂布機
該研究的突破性價值在于，通過冷凍電鏡的原子級觀測，首次闡明了過渡金屬串擾效應的催化本質，顛覆了傳統物理沉積的認知誤區。這一發現不僅完善了 LIBs 界面化學的理論體系，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，可使電池在 500 次循環后的容量保持率提升 15%-20%，為高穩定性鋰離子電池的產業化應用奠定了核心基礎。