郑州大学陈卫华团队Materials Today：冷冻电镜揭示电池中的软物质

软物质是指处于固体和理想流体之间的物质。电池中的软物质成分（例如电极表面钝化层SEI/CEI、枝晶、粘结剂、电解质及隔膜等）对电池的动力学性能、循环稳定性和安全性至关重要。然而由于软物质的弱力强反应特性、对空气和电子束辐射高度敏感，对其精准表征带来了挑战。冷冻电镜 (Cryo-EM) 具有独特优势,可精准探测和分析各类电池体系中软物质纳米结构和化学演变。其独特的无损可视化表征能力为储能领域的研究提供了革命性技术支撑。

近日，郑州大学陈卫华团队在国际权威材料期刊《Materials Today》发表题为《Unveiling interphase and other soft matter in liquid and solid-state batteries by cryogenic electron microscopy》的综述论文。研究团队首先从电子层级揭示了Cryo-EM减缓电子束诱导材料损伤的机制，随后，追溯了Cryo-EM技术在电池领域的发展历程，详细解析了其表征电池软物质的工作流程及多种操作模式。基于此，全面总结了Cryo-EM在锂/钠/锌电池体系中对电极界面成分及动态演变过程的研究成果，为电池界面科学提供了关键见解。最后，展望了Cryo-EM技术的未来发展方向，特别指出人工智能与大数据分析将深刻影响材料表征技术，为能源化学研究开辟新路径。该论文系统阐述了Cryo-EM技术在电池软物质研究中的突破性应用，为揭示电池界面反应机制提供了创新方法论。

（1）系统综述了Cryo-EM技术在表征电池软物质领域的最新研究进展，重点解析了该技术的工作流程与操作模式，并详细梳理了其在电池软物质研究中的关键发展历程，为深入揭示电池体系的界面形貌与化学组成提供了强有力的表征工具。

（2）通过Cryo-EM揭示了5种典型SEI结构（马赛克结构、双层结构、三层结构、梅子布丁结构、无定型结构）；系统比较了Cryo-TEM与传统TEM在锂离子电池、钠离子电池和锌离子电池等不同体系中电极界面厚度的表征差异，同时全面总结了SEI/CEI在液态和固态电解质中的成分特征。

（3）基于软物质的相态差异，详细探讨了Cryo-EM表征液态和固态软物质的样品制备方法，特别是自动化制样机器人的应用，为实现电解液的实时、动态、无损表征提供了新的技术路径。

（4）针对Cryo-EM技术的未来发展思考，提出了开发时间分辨冷冻电镜技术、实现低温环境下与多种外场的耦合应用，并特别指出大数据分析与人工智能技术的深度整合将显著提升软物质三维重构的精度和效率。

本综述系统阐述了Cryo-EM在电池电极界面及其他软物质表征方面的最新研究进展，并介绍了支撑该技术发展的基本原理。在材料科学中，Cryo-EM的最大意义在于其能够对电子敏感或空气不稳定材料进行高分辨率成像。下一代冷冻电镜技术（如时间分辨Cryo-EM）不仅可揭示材料演化的完整过程，还能捕捉低温条件下快速化学反应中的亚稳态中间产物。通过将原位技术与Cryo-EM结合，有望突破原位表征的技术瓶颈。针对软物质的精准表征，亟需构建标准化的制样流程与自动化的数据采集体系，同时结合大数据分析与人工智能预测方法，以减少同一样品多次表征中产生的差异。

陈卫华，郑州大学教授，博士生导师，现任郑州大学化学学院能源电化学表界面研究中心主任。入选2020年教育部“长江学者奖励计划”青年学者、中国化学会高级会员、英国皇家化学会会士（FRSC）、2024全球前0.05%顶尖科学家和全球前2%顶尖科学家（2022、2023、2024）榜单，荣获2025“ACS Publications表界面科学女科学家”奖。围绕高性能低成本的钠离子电池、新型光储一体化及高比能电池体系，开展关键电极材料、隔膜、电解液的设计合成和界面调控研究。以通讯作者在Nat. Commun.、Angew. Chem. Int. Ed.、J. Am. Chem. Soc.、Chem. Soc. Rev.、Chem、Adv. Mater.等期刊发表论文100余篇，SCIE被引14000余次，H指数68；申请中国发明专利55件（授权31件）、PCT专利3件，部分成果已实现转化。先后主持国家自然科学基金（联合重点/面上等）、河南省重点研发专项、国家重点研发计划子课题、电池关键材料及界面兼容性方面的横向产学研合作项目等10余项。兼任中国化学会电化学专业委员会委员、中国化工学会储能工程专业委员会委员、Ind. Chem. Mater.、Rare Metals等期刊编委。