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可充电的锂离子电池不会永远充满。经过足够的充电和再充电循环后，它们最终会被报废。现在，美国研究人员发现，电池衰退背后的因素实际上是随着时间而变化的。在早期，衰减似乎是由单个电极粒子的特性驱动的，但在几十次充电循环后，这些粒子如何结合更重要。

这项最近发表在杂志《科学》上的新研究是由美国能源部SLAC国家加速器实验室的研究人员和来自普渡大学、弗吉尼亚理工大学和欧洲同步加速器辐射设施的同事联合进行的。研究人员使用计算机视觉技术来研究组成电池电极的单个粒子如何随着时间的推移而分解。

研究人员表示，电池颗粒就像人一样。“我们一开始都是各走各的路，但在路上会遇到其他人，最终会聚集在一起，朝着同一个方向前进。为了理解峰值效率，我们不仅需要研究粒子的个体行为，还需要研究这些粒子在群体中的行为”。

研究人员通过X射线研究了电池的阴极。在10或50次充电循环后，他们使用X射线断层扫描重建阴极的3D图像。他们将这些3D图片切割成一系列2D切片，并使用计算机视觉方法来识别颗粒。

最后，他们确定了2000多个单独的粒子。为此，他们不仅计算了单个粒子的特征，如大小、形状和表面粗糙度，还计算了更多的全局特征，如粒子之间直接接触的频率和粒子形状的变化程度。

研究人员随后发现了一个惊人的模式：在10次充电循环后，最大的因素是单个颗粒的特性，包括颗粒的球形度和颗粒体积与表面积的比例。但是，50次循环后，配对和组属性会促进粒子分解。

研究人员表示，这不再只是粒子本身，重要的是粒子与粒子的相互作用，因为这意味着制造商将能够开发出控制这些特性的技术。如果细长的粒子通过使用磁场或电场相互对齐，新的结果表明这将延长电池寿命。