虽然锂离子电池商业化已有30年，但是由于表征技术的限制，许多电池材料和界面相关的难题如固体电解质界面（SEI）膜性质一直困扰着电池学术界和工业界。随着未来高能量密度的锂硫电池、锂空电池和固态电池的发展，针对其中的电池材料和界面的表征越来越具有挑战性。这是因为涉及的材料和界面含有较多的轻元素，具有较高的化学活性，且对空气和电子辐照敏感。
冷冻电镜（Cryo-EM）自2017年首次被应用到电池材料领域中，在表征辐照敏感材料上发挥着重要的作用，取得了前所未有的结果。因此，Cryo-EM在材料领域也备受关注，帮助解决许多电池材料与界面相关的关键性科学问题。
近期，中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家研究中心先进材料与结构分析实验室A04组王雪锋特聘研究员、清洁能源实验室E01组王兆翔研究员和国内高校相关课题组合作，在冷冻电镜观察金属锂电池材料和界面方面开展了一系列工作。相关结果不仅加深了人们对电池材料与界面微观结构的认识，而且提供了电极材料、电解质材料、载体材料及其界面的设计理念和思路，共同推进未来高性能高安全电池的发展和应用。
具体研究结果如下：1. 根据电池材料的特点，总结并发展了Cryo-EM用于材料领域的工作流程，包括样品制备、转移、成像和数据处理过程，以尽量减少对样品的污染、损坏和误导性分析，获得样品最真实和准确的结构信息。2. 通过cryo-TEM和cryo-EELS研究了碳纳米管空腔储锂机制，证实了碳纳米孔中确实可以存在金属性锂。
3. 固体电解质界面（SEI）膜是指在电极表面由电解液参与（电）化学副反应产生的电子绝缘且离子导通的钝化层，它会直接影响电池的库伦效率、循环寿命、容量以及安全性等。通过cryo-TEM和其它先进表征，解析了SEI膜在不同工况下的结构和演变。