过渡金属（TM）氧化物正极（如 LiFePO₄、富锰基氧化物）凭借高能量密度、优异倍率性能与成本优势，已成为锂离子电池（LIBs）在新能源汽车、储能领域的核心选择。然而，循环过程中难以规避的过渡金属离子串扰效应，是制约电池长循环稳定性的关键瓶颈。传统认知认为，正极溶解的 Fe、Mn、Ni 等离子仅通过物理沉积破坏负极固体电解质界面膜（SEI 膜），但中国科学院物理研究所王雪锋团队借助冷冻电镜（Cryo-TEM）的高分辨观测优势，首次揭示了串扰效应的 “催化 - 重构” 本质，为高寿命 LIBs 的设计提供了全新理论范式。

串扰效应的核心始于过渡金属离子的 “溶剂化 - 催化” 耦合过程。研究发现，正极溶解的 Fe³⁺、Fe²⁺、Mn²⁺离子进入电解液后，会迅速与碳酸酯类溶剂分子形成 “溶剂化 - TM” 配位复合物（如 EC-Fe³⁺、DMC-Mn²⁺），这一过程使电解液的还原电位提升 0.3-0.5V，显著降低了电解液在负极表面的还原反应能垒。更关键的是，过渡金属离子作为电子转移中介，会催化电解液发生双电子还原反应 —— 不同于正常循环中电解液的单电子还原路径，该催化反应生成大量有机金属络合物（如 Fe - 碳酸酯络合物、Mn - 酯类衍生物），这些产物通过电迁移沉积于 SEI 膜内部，使膜的化学组成从传统的 Li₂CO₃、LiF 为主，转变为有机金属复合物占比超 30% 的异质结构。

过渡金属离子对 SEI 膜的退化呈现 “催化破坏 - 循环加剧” 的双重机制。冷冻电镜观测显示，催化反应生成的 CO、C₂H₄、CO₂等气体在 SEI 膜内部形成尺寸 50-200nm 的孔隙，导致膜的致密度从正常循环的 1.8g/cm³ 降至 1.2g/cm³ 以下，界面完整性被严重破坏。破损的 SEI 膜无法阻挡电解液渗透，引发持续的副反应：每循环 100 次，活性 Li⁺损耗量增加 15%-20%，电解液分解产物持续沉积，促使 SEI 膜呈现 “自下而上” 的异常生长 —— 与正常循环中均匀致密的增厚不同，串扰诱导的 SEI 膜厚度以 0.8-1.2nm / 循环的速率激增，且层间存在明显裂隙，导致电池极化电阻每 100 循环增加 80-120mΩ。研究进一步证实，离子价态是催化活性的关键调控因素：Fe³⁺的催化活性是 Fe²⁺的 2.3 倍，Mn³⁺（若存在）对电解液分解的催化效率较 Mn²⁺提升 1.8 倍，高价位离子引发的产气速率与 SEI 膜增长速度显著更快。
基于上述微观机制，团队提出 “源头抑制 - 界面阻隔” 的双维度优化策略。在电解液体系重构方面，选用与过渡金属离子结合能低于 20kJ/mol 的溶剂（如氟代碳酸乙烯酯 FEC、碳酸二乙酯 DEC 复配体系），可使 “溶剂化 - TM” 复合物的形成概率降低 40% 以上，从源头切断催化反应链；同时添加 0.5%-1.0% 的螯合剂（如冠醚衍生物），通过选择性络合过渡金属离子，抑制其迁移能力。在 SEI 膜界面工程方面，采用 “梯度电压化成工艺”（0.01C 恒流充电至 1.5V，再以 0.1C 升至 3.0V），搭配 1%-2% 的成膜添加剂（如 VC、LiBOB），可构建厚度均匀（20-30nm）、电子绝缘性优异（电子电导率＜10⁻¹⁰S/cm）的致密 SEI 膜，物理阻断过渡金属离子扩散的同时，抑制其催化还原活性。

关键词：非晶硅钢涂布机
该研究的突破性价值在于，通过冷冻电镜的原子级观测，首次阐明了过渡金属串扰效应的催化本质，颠覆了传统物理沉积的认知误区。这一发现不仅完善了 LIBs 界面化学的理论体系，更提供了可量化的优化路径 —— 通过电解液配方与化成工艺的协同调控，可使电池在 500 次循环后的容量保持率提升 15%-20%，为高稳定性锂离子电池的产业化应用奠定了核心基础。