據悉，在經歷了一定次數的充放電循環之後，鋰離子電池不可避免地會迎來報廢的命運。而為了盡可能地延長它們的壽命，世界各地的研究人員也在付出持續不懈的努力。最新消息是，在2022 年4 月29 日發表於《科學》雜誌上的一篇文章中，美國能源部SLAC 國家加速器實驗室攜手普渡大學、弗吉尼亞理工、歐洲同步加速器輻射設施的研究人員們，共同探討了電池衰減背後的深層原因。

經歷10 次充放電循環的一塊電池正極

起初，衰減似乎由單個電極粒子的特性所驅動。但在持續了數十次充放電循環後，這些粒子是如何組織到一起的，就顯得更加重要了。

SLAC 科學家、斯坦福同步加速器輻射光源研究員、兼這項研究的資深作者Yijin Liu 表示：

構成電池電極的這些粒子，屬於最基本的構建塊。但當你放大後，就會注意到這些粒子的相互作用。

正因如此，若你想要打造更優秀的電池，就必須深入了解這些粒子是如何組合到一起的。

這項研究的重點，並不僅僅放在單個粒子上，還涉及它們的協同工作，以找到影響其壽命長短的模式。

於是在過往研究的基礎上，Liu 與同僚們藉助了計算機視覺技術，來研究構成可充電電池電極的單個粒子，是如何隨時間推移而分解的。

研究資深作者、普渡大學機械工程教授Keije Zhao 與弗吉尼亞理工大學化學教授Feng Lin 拿人舉例稱：

一開始，電池粒子各走各的路。但最終，彼此之間就會撞到，然後一起朝著某個方向去使勁。

想要了解峰值效率，就必須深入研究粒子的個體、以及它們在群體中的行為。

（傳送門：Science）

為了探索這個想法，研究一作、SSRL 博士後研究員Jizhou Li、普渡大學研究生Nikhil Sharma 與其他同事展開了合作，以期用X 射線對電池的陰極展開研究。

在經歷了10 或50 個充放電週期後，他們用X 射線斷層掃描方法重建了3D 圖像，然後將這些3D 圖片分割成一系列2D 切片、並使用計算機視覺方法來識別粒子。

最終他們確定了2000+ 的單個粒子，不僅計算了每個粒子的大小、形狀、表面粗糙度等特徵，還計算了更多的全局特性—— 比如粒子彼此接觸的頻率與形狀變化程度。

接下來他們他們研究了這些細分特性是如何導致粒子分解的，並找到了一種不可忽略的模式—— 即在10 次充放電循環後，單個粒子的特性影響最大，包括顆粒的球形程度、以及體積/ 表面積比率。

然而在經歷了50 次循環之後，兩個粒子相距多遠、其形狀發生了多大的變化、以及更細長的足球形粒子是否具有相似的取向，又在推動粒子分解這件事上發揮了更大的影響力。

Yijin Liu 補充道：換言之，與單個粒子相比，此時粒子間的相互作用變得更加重要。基於此，鋰電池製造商可嘗試開發出控制這種特性的相關技術。

比如他們可以藉助磁場或電場，以將細長的粒子彼此對齊。新研究結果已經表明，這麼做有助於延長電池的使用壽命。