鋰離子電池的正負(fù)極活性物質(zhì)是顆粒狀，因此鋰離子電池的電極內(nèi)部也存在著眾多微小的彎曲孔道，在充放電的過程中鋰離子從一側(cè)電極脫出，擴(kuò)散到另一側(cè)電極附近，從這些蜿蜒的通道擴(kuò)散到電極的內(nèi)部，然后與活性物質(zhì)顆粒反應(yīng)，嵌入到活性物質(zhì)顆粒內(nèi)部，這一特點(diǎn)就導(dǎo)致了充放電的過程中由于Li+擴(kuò)散速度的限制出現(xiàn)濃差極化，導(dǎo)致嵌鋰過程在整個(gè)電極內(nèi)部分布并不平均，特別是有關(guān)正極，由于正極材料的導(dǎo)電性較差，更容易使得部分接觸較差的顆粒發(fā)生嵌鋰不平均的現(xiàn)象。這會(huì)造成正極顆粒局部的SoC不同，因此會(huì)在顆粒的內(nèi)部出現(xiàn)較大的應(yīng)力，從而導(dǎo)致顆粒破裂，部分活性物質(zhì)失去與導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)的連接，過渡金屬元素溶解和電解液氧化等問題，使得電池的容量發(fā)生不可逆的衰降「1」。

一般來說，為了減少這種活性物質(zhì)內(nèi)部的嵌鋰不平均的問題，人們會(huì)將電池充電后的靜置時(shí)間盡量的延長(zhǎng)，希望能通過電極內(nèi)部的平衡消除這種局部SoC不平均的現(xiàn)象，但是WilliamE.Gent的研究「2」發(fā)今朝即便是經(jīng)過了長(zhǎng)達(dá)170h的靜置后，在一個(gè)直徑為1-3um的NMC二次顆粒內(nèi)部Li的不平均性依然高達(dá)10%，局部的SoC值過高，會(huì)導(dǎo)致該處發(fā)生過充，加速該部分失效，從而使得材料的容量下降。此外，電池老化也會(huì)對(duì)Li在鋰離子電池內(nèi)部的分布出現(xiàn)較大的影響，M.J.Mu?hlbauer的研究「3」顯示隨著電池的老化，不僅僅電池內(nèi)部具有活性的Li資源不斷減少，還使得Li在鋰離子電池內(nèi)部的分布也出現(xiàn)了很大的不平均性，在靠近極耳的電極部分Li的濃度較高，遠(yuǎn)離極耳的位置Li濃度較低，這可能是由于電流分布不均和電解液浸潤(rùn)不充足造成的。

從上述研究中我們不難看出，鋰離子電池的衰降必然是伴隨著Li的分布不均出現(xiàn)的，為了研究Li在鋰離子電池內(nèi)部的分布，人們開發(fā)出了多種辦法，最簡(jiǎn)單的就是把電池拆開，目測(cè)觀察極片上是不是存在著局部析鋰，采用EDS分解Li元素在極片上的分布圖，略微復(fù)雜的一點(diǎn)就是采用中子衍射的手段，對(duì)鋰離子電池進(jìn)行無損測(cè)試，分解Li在鋰離子電池內(nèi)部的分布情況。而來自威斯康星州大學(xué)的ShuyuFang等人設(shè)計(jì)了一種采用拉曼光譜對(duì)鋰離子電池電極內(nèi)部嵌鋰不平均現(xiàn)象進(jìn)行觀察的辦法「4」。

為了滿足拉曼光譜測(cè)量需求的光學(xué)條件，ShuyuFang等人利用2032SS扣式電池設(shè)計(jì)了一種可以進(jìn)行拉曼光譜測(cè)試的電池。扣式電池的上蓋開了一個(gè)1/8英尺的孔，采用MgO進(jìn)行了傾覆，并采用環(huán)氧樹脂進(jìn)行了密封，在MgO窗口上利用電子束蒸鍍了一層300nm厚的Al作為正極集流體（MgO窗口中央2mm微孔沒有蒸鍍Al），然后在這層Al層之上涂布了NMC532材料，涂布量在12-18mg/cm2，電池的結(jié)構(gòu)如下圖所示

對(duì)該電池的電化學(xué)性能探測(cè)如下圖所示，從結(jié)果來看，經(jīng)過改造的扣式電池的電化學(xué)性能與一般扣式電池的電化學(xué)性能沒有分明的差別。

依據(jù)拉曼光譜數(shù)據(jù)，ShuyuFang對(duì)35´35um的區(qū)域的NMC電極嵌鋰狀態(tài)（SoC）進(jìn)行了分解，為了分解NMC顆粒的嵌鋰狀態(tài)，ShuyuFang緊要關(guān)注了在595/cm附近的A1g峰，隨著NMC材料的電壓從2.3V升高到4.2V，A1g峰的強(qiáng)度逐漸下降，當(dāng)NMC材料的電勢(shì)重新下降到3.16V后，A1g峰的強(qiáng)度再次升高，因此可以依據(jù)A1g的峰強(qiáng)對(duì)NMC顆粒的嵌鋰狀態(tài)進(jìn)行分解。下圖是依據(jù)A1g峰強(qiáng)度分布圖。從圖中我們可以看到，隨著NMC電勢(shì)的變化，視野中的三個(gè)顆粒1#，2#和3#的嵌鋰狀態(tài)也隨著發(fā)生改變，當(dāng)NMC材料電池再次下降到3.16V后，1#和2#顆粒的嵌鋰狀態(tài)都已經(jīng)恢復(fù)，但是3#顆粒的嵌鋰狀態(tài)并未恢復(fù)到初始狀態(tài)，這說明顆粒3#部分Li沒有回到顆粒內(nèi)部，這也是材料衰降的標(biāo)志。

由于拉曼光譜反射峰的強(qiáng)度受到諸如顆粒形貌、位置等因素的影響，因此上述簡(jiǎn)單的A1g峰強(qiáng)度數(shù)據(jù)還不能準(zhǔn)確的反應(yīng)顆粒的嵌鋰狀態(tài)，為此ShuyuFang對(duì)上述數(shù)據(jù)進(jìn)行了擬合、匹配和計(jì)算，得到了更為準(zhǔn)確的NMC材料局部SoC分解結(jié)果，如下圖所示。該結(jié)果顯示，再嵌鋰過程中存在很大的不平均性，例如有關(guān)1#顆粒，在3.88V時(shí)，顆粒大部分區(qū)域的A1g峰位置在540/cm附近，但是頂部的區(qū)域卻在590/cm附近，這說明這部分區(qū)域嵌鋰滯后。對(duì)1#顆粒和3#顆粒進(jìn)行的跟蹤顯示，當(dāng)3#顆粒達(dá)到3.84V時(shí)，1#顆粒已經(jīng)達(dá)到了4.01V，0.2V的電勢(shì)差聲明在嵌鋰的過程中，顆粒之間存在著很大的不平均性，而這一不平均性很可能會(huì)導(dǎo)致局部顆粒發(fā)生過充或者過放，導(dǎo)致容量衰降。