过渡金属（TM）氧化物正极因能量密度高、倍率性能优异、成本低等特点，被广泛应用于锂离子电池。然而，在循环过程中，过渡金属离子会从正极溶解进入电解液，随后通过电迁移到达负极附近并最终沉积在负极颗粒表面的界面膜（SEI膜）上，这一过程被称为串扰效应。已有研究表明，过渡金属离子可能破坏并重构负极SEI膜，引发负极界面持续增长，进而导致电池容量衰减，但其潜在机制仍存在争议。因此，明确过渡金属离子在电解液中的存在方式，在负极侧的沉积形式、在SEI膜中的组成，以及过渡金属离子如何诱导SEI膜增长，对于理解串扰效应对SEI膜性质及锂离子电池性能的影响至关重要。

　　中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家研究中心王雪锋特聘研究员采用冷冻电镜技术，研究了过渡金属离子Fe（来自LiFePO₄正极）和Mn（来自含Mn氧化物正极）的串扰效应，发现了一些共性问题。首先，过渡金属离子（例如Fe³⁺、Fe²⁺和Mn²⁺）进入电解液中优先与电解液中的溶剂配位形成类似“溶剂-TM”，不仅提高了电解液还原电位（更容易被还原），还会催化电解液发生双电子还原反应，使过渡金属离子以有机络合物（如有机Fe、有机Mn）的形式沉积在SEI膜中。其次，过渡金属离子对电解液分解具有催化作用，不仅导致发生更多的副反应和额外气体（如CO、C₂H₄、CO₂等）释放，而且会破坏SEI膜的完整性，导致电解液不断渗透至负极表面被分解。因此，在循环过程中，持续的界面副反应消耗活性Li离子，导致SEI膜呈现出"自下而上"的生长，不断增厚引起电池极化增加。此外，研究还证实，过渡金属离子的价态越高，对电解液的催化作用越显著，产气越多，SEI膜增长速度越快，电池性能衰减也越快。

　　基于对过渡金属离子在电池退化中作用机制的理解，团队提出两条降低其有害影响的策略：（1）采用与过渡金属离子结合能较低的溶剂作为电解液成分；（2）在电池化成阶段构建具有更优电子绝缘性的致密SEI膜，以抑制溶剂化过渡金属离子向负极扩散，并阻断其对电解液的催化还原反应。本研究更新了对过渡金属串扰对SEI性质和锂离子电池性能的理解，为提高电池循环寿命提供了潜在策略。

　　相关成果以“Worse interference of Fe³⁺ than Fe²⁺ on degrading the interphase and performance of LiFePO₄||graphite battery”和“Interplay between the dissolved Mn²⁺ and solid electrolyte interphases of graphite anode”为题分别发表在国际期刊Advanced Materials和Advanced Energy Materials上。上述研究工作得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金委、北京市自然科学基金和中国科学院的资助。

　　文章链接：

　　https://doi.org/10.1002/adma.202513736

　　https://doi.org/10.1002/aenm.202503489

图1 过渡金属离子串扰效应作用机制。