综述：质谱成像技术用于新型电池材料的表征

（编辑推荐）本综述系统阐述了质谱成像（MSI）技术在锂离子电池（Li-ion）、固态电池（SSB）和太阳能电池材料表征中的突破性应用。通过二次离子质谱（SIMS）、基质辅助激光解吸电离（MALDI-MSI）等技术，实现了电极/电解质界面反应、降解机制及污染物迁移的高灵敏度、无标记（label-free）原位分析，为电池性能优化和绿色可持续发展提供了关键技术支撑。

　　

质谱成像技术照亮新型电池研发之路

Abstract
新型电池的发展对实现碳中和目标至关重要，而质谱成像（MSI）技术凭借其免标记、高灵敏度和无需复杂前处理的特点，成为解析电池材料界面反应和降解机制的有力工具。从二次离子质谱（SIMS）到激光剥蚀电感耦合等离子体质谱（LA-ICP-MS），MSI技术正在推动锂离子电池、固态电池和太阳能电池的材料革命。

Introduction
自《巴黎协定》签署以来，全球对高效储能技术的需求激增。锂离子电池（Li-ion）和固态电池（SSB）的电极/电解质界面反应具有纳米级空间异质性，传统成像技术如扫描电镜（SEM）仅能观测形貌变化。而MSI通过化学图谱揭示了LiCoO₂
颗粒充放电过程中的锂离子动态，甚至能追踪环境泄漏的Pb²⁺
和CH₃
I等污染物。

Typical MSI technologies for battery material characterization
MSI通过空间扫描获取目标物质量荷比（m/z）分布图。例如：

• SIMS：纳米级分辨率解析Li⁺
  扩散路径；
• MALDI-MSI：软电离技术保护有机电解质分子结构；
• LA-ICP-MS：定量测定电极中Co、Ni等金属掺杂浓度。

Application in Li-ion batteries
Li-ion电池的衰减常源于电极裂纹和SEI膜分解。MSI研究发现：

• 循环400次后，负极厚度从8.9 μm膨胀至28.8 μm（SEM验证）；
• DESI-MSI捕捉到电解液分解产物LiF和烷基碳酸酯的空间梯度分布。

Application in SSBs
固态电解质虽避免漏液风险，但Li枝晶穿透问题严峻。TOF-SIMS三维成像显示，Ag-C复合负极中Li⁺
在晶界处优先沉积，为界面设计提供依据。

Application in solar cells
钙钛矿太阳能电池中，SIMS追踪到PBAT封装使Pb泄漏量从25.71 ppm降至0.60 ppm，而GC-MS检测到热降解产物NH₃
的释放动力学。

Challenges
当前MSI面临基质效应干扰（如Na⁺
对Li⁺
信号抑制）、动态过程时间分辨率不足等问题。未来需开发冷冻传输技术结合原位电化学池，实现充放电过程的秒级响应监测。

Conclusion
从电极材料优化到环境污染物溯源，MSI技术正成为电池研发的“分子显微镜”。随着空间分辨率突破50 nm级，它将进一步推动高能量密度、长寿命电池的商业化进程，加速能源系统的绿色转型。