2026年5月18日下午，由材料科学与工程学院主办，材料科学与工程学院研博会、材料科学与工程学院青年教师联谊会承办的“启东材料科学论坛：Understanding Li-based Battery Cathodes by advanced transmission electron microscopy”报告会在浙江大学紫金港校区和同苑10幢材2-215会议室成功召开。本次报告邀请到葡萄牙国际伊比利亚纳米技术实验室（INL）Paulo J. Ferreira教授，为学院师生带来关于锂基电池正极材料先进透射电子显微表征的精彩报告。众多老师和同学到场聆听，现场学术氛围浓厚。
报告开始前，材料学院余倩教授向在场师生简要介绍了Paulo J. Ferreira教授的学术履历与研究成就。Paulo J. Ferreira教授现任里斯本大学高等技术学院机械工程系教授，并担任INL研究组组长，曾任美国得克萨斯大学奥斯汀分校教授及得克萨斯材料研究所电子显微中心主任。其长期从事材料科学、纳米材料及电子显微学在能源材料中的应用研究，在先进电子显微表征和电池材料界面结构解析等方面取得了系列重要成果。
报告中，Paulo J. Ferreira教授首先从全球能源需求增长和电池技术发展趋势出发，指出锂离子电池及下一代固态电池在电动汽车、消费电子和储能系统中具有重要应用前景。随着电池性能要求不断提高，正极材料容量衰减、界面反应、结构失稳等问题日益突出，而这些关键过程往往发生在纳米尺度甚至原子尺度。因此，发展高分辨、低损伤、接近真实状态的电子显微表征方法，对于理解电池材料失效机制和指导材料设计具有重要意义。
Paulo J. Ferreira教授作报告
随后，Paulo J. Ferreira教授以尖晶石结构LiMn2O4正极材料为例，介绍了其团队对正极表面重构和锰溶解机制的研究。LiMn2O4具有成本低、环境友好和倍率性能较好等优点，但在循环过程中容易出现容量衰减。通过HAADF STEM、电子能量损失谱和原子尺度结构分析，团队发现该材料表面会形成贫锂、富锰的重构层，并伴随Mn价态变化。该表面结构中Mn2+的生成与后续溶解密切相关，从而揭示了材料循环稳定性下降的重要微观原因。
围绕固态电池体系，Paulo J. Ferreira教授进一步强调了低温制样和无空气转移的重要性。他指出，锂金属、固态电解质以及电极/电解质界面对空气、水分、离子束和电子束均十分敏感，常规室温FIB制样和空气暴露容易引入严重伪影。为尽可能保持材料真实结构，团队发展了cryo-FIB、cryo-TEM和air-free transfer等组合技术，并将其应用于固态电池界面研究。相关结果表明，只有严格控制制样、转移和成像条件，才能可靠观察电池材料在真实状态下的结构特征。
Paulo J. Ferreira教授作报告
报告还介绍了电极三维结构重构和单颗粒尺度分析工作。实际正极电极由活性材料颗粒、碳/粘结剂相和孔隙共同组成，具有显著的多尺度非均匀性。Paulo J. Ferreira教授团队利用FIB-SEM三维重构和Pt辅助孔隙填充方法，提高了孔隙识别和组分定量的准确性，为建立电极微结构与电化学性能之间的关系提供了有效手段。对于NCM层状正极材料，团队进一步结合EDS、PED、像差校正STEM和DPC-STEM等技术，揭示了颗粒内部孔隙、元素偏析、取向变体及局部结构差异等复杂特征。
在互动环节中，现场师生围绕FIB制样过程中Ga束与Xe等离子束的选择、低温条件对样品结构保持的作用、循环过程中的相变行为、电子束辐照对表面结构的影响以及LiMn2O4表面重构的普遍性等问题与Paulo J. Ferreira教授进行了深入交流。Paulo J. Ferreira教授结合团队实验经验作出细致解答，并强调在电池材料电子显微学研究中，区分材料本征结构与制样或束流诱导伪影至关重要。
Paulo J. Ferreira教授与现场师生交流问题
本次报告内容丰富、视角前沿，系统展示了先进透射电子显微学在揭示锂基电池正极材料表面重构、界面反应、三维电极结构和离子迁移机制中的重要作用，加深了学院师生对电池材料多尺度表征和失效机制研究的理解，也为相关领域科研工作提供了有益启发。
文字：郭铖钰
图片：郭铖钰
审核：范修林
