该研究可能有助于增强当前的电池材料，并加速下一代电池的开发。

不规则的锂离子运动可能会阻碍电池的性能。

研究人员发现，下一代电池材料的性能和容量可能会受到锂离子不规则运动的阻碍。该团队由剑桥大学领导，实时监测了锂离子在潜在新电池材料内的流动。

以前认为，锂离子存储在电池材料中的机制对于每个活性颗粒是均匀的。然而，剑桥领导的研究发现，锂储存在充放电周期中并不均匀。

当电池接近其放电周期结束时，活性颗粒的表面变得锂饱和，而其核心缺锂。这会导致容量降低和可重复使用的锂的损失。

法拉第研究所资助的研究可能有助于现有电池材料的进步，并加速下一代电池的创造。研究结果最近发表在《焦耳》杂志上。

为了转向零碳经济，电动汽车（EV）至关重要。由于其巨大的能量密度，锂离子电池为目前道路上的大多数电动汽车提供动力。然而，随着电动汽车使用量的增加，对更大续航里程和更快充电时间的要求需要改进现有电池材料以及发现新材料。

其中一些最有前途的材料是最先进的正极材料，称为层状富锂氧化物，广泛用于高档电动汽车。然而，它们的工作机理，特别是实际操作条件下的锂离子传输，以及这与它们的电化学性能有何联系，尚不完全清楚，因此我们还不能从这些材料中获得最大的性能。

通过在显微镜下跟踪电池操作期间光与活性颗粒的相互作用，研究人员观察到富镍锰钴氧化物（NMC）在充放电循环期间锂存储的明显差异。

“这是第一次在单个颗粒中直接观察到锂储存中的这种不均匀性，”来自剑桥大学Yusuf Hamied化学系的共同第一作者Alice Merryweather说。“像我们这样的实时技术对于在电池循环时捕获这一点至关重要。

将实验观察结果与计算机建模相结合，研究人员发现，这种不均匀性源于充放电循环期间NMC中锂离子扩散速率的急剧变化。具体来说，锂离子在完全锂化的NMC颗粒中缓慢扩散，但是一旦从这些颗粒中提取一些锂离子，扩散就会显着增强。

“我们的模型提供了对NMC中锂离子扩散在充电早期阶段变化范围的见解，”剑桥工程系的共同第一作者Shrinidhi S. Pandurangi博士说。“我们的模型准确地预测了锂的分布，并捕获了实验中观察到的异质性程度。这些预测是理解其他电池降解机制（如颗粒断裂）的关键。

重要的是，放电结束时看到的锂异质性确立了富镍正极材料通常在第一次充放电循环后损失约10%容量的原因之一。

“考虑到用于确定电池是否应该退役的一个行业标准是当它失去20%的容量时，这一点很重要，”来自上海科技大学的共同第一作者徐超博士说。

研究人员现在正在寻找新的方法来增加这些有前途的电池材料的实用能量密度和寿命。