Fe3+较Fe2+对LiFePO4||石墨电池相界面降解及性能的更强干扰机制研究

研究人员针对Fe离子穿梭效应对LiFePO4||石墨电池性能的危害机制，采用X射线光电子能谱(XPS)、飞行时间二次离子质谱(TOF-SIMS)和冷冻透射电镜(cryo-TEM)等先进表征技术，揭示了Fe2+/Fe3+干扰下石墨负极固体电解质界面膜(SEI)的演化规律。研究发现Fe3+会催化双电子还原反应，产生CO/C2H4等副产物，其导致的SEI厚度(9.12-17.55 nm)远超Fe2+组(7.20-13.76 nm)，该成果为缓解铁基电池性能衰减提供了理论依据。

　　

这项突破性研究揭示了不同价态铁离子对锂铁磷酸盐(LiFePO₄)电池的差异化破坏机制。当Fe²⁺和Fe³⁺从正极溶出后，会在石墨负极表面"捣乱"——前者主要加剧常规电解液还原反应，产生H₂和CH₄等气体；后者则像"化学反应加速器"，催化产生更多自由基和双电子转移过程，生成CO、乙烯(C₂H₄)等副产物。通过冷冻电镜这个"分子显微镜"观察发现，Fe³⁺干扰组的固体电解质界面膜(SEI)厚度飙升至17.55纳米，比正常组厚出2倍多，这些铁杂质还会以有机金属化合物的形式在电极表面"安营扎寨"。更严峻的是，软包电池实验证实Fe³⁺会显著威胁电池循环寿命和安全性能，这项发现为开发抗铁离子干扰的电池体系提供了关键理论支撑。