鋰離子電池經過幾十年的發(fā)展，技術已經相對成熟，目前已經廣泛的應用在電子設備，以及電動汽車等領域上。鋰離子電池主要由正極、負極、隔膜和電解液等結構組成，其中正極和負極都能夠在其晶格中儲存Li+，在充電的過程中Li+從正極脫出，經過電解液嵌入到負極晶格中，放電的過程剛好相反，Li+從負極脫出，嵌入到正極的晶格結構中。從本質上來講鋰離子電池是一種濃差電池，利用Li+正負極之間不同的濃度來儲存能量，鋰離子電池的老化也可以認為是電池內部的Li資源的損失。

鋰離子電池在循環(huán)過程中，由于負極界面膜（SEI膜）再生長，以及一些副反應的發(fā)生，會不斷的消耗鋰離子電池內部有限的Li資源，造成電池容量的衰降，也會使得Li元素在電池內部的分布產生改變。來自德國Helmholtz化學儲能研究所（HIU）和卡爾斯魯厄理工學院的M.J.Muhlbauer等人利用中子衍射技術對電池衰降對電池中Li資源分布的影響進行了研究。研究顯示，隨著電池老化，不僅僅電池內可利用的Li資源的減少，負極嵌鋰的數量減少，電池在徑向方向還出現(xiàn)了Li分布不均的現(xiàn)象。

中子衍射技術是一種非常強有力的研究鋰離子電池的手段，中子衍射對于密度比較敏感，也具有很好的穿透性，因此能夠在不破壞電池的前提下，非常靈敏的探測Li在電池內部的分布。鋰離子電池負極在嵌鋰的過程中會形成兩種不同的結構，分別是LiC6和LiC12，這兩種化合物在中子衍射圖上呈現(xiàn)出兩個不同的衍射峰。

實驗中M.J.Muhlbauer采用了18650電池，正負極分別是LiCoO2和C，其中的一只電池在25℃下循環(huán)了1000次，用來研究電池老化過程對Li分布的影響。分析結果如下圖所示，其中b和c代表老化電池，e和f代表全新電池。從分析結果上來看，無論是老化電池還是全新的電池，在電芯中間（此處由于18650結構特點，電芯中間有一個孔，沒有電極）和極耳部位（此處是極耳部位，沒有活性物質）Li的濃度都比較低。同時我們也注意到，老化電池的Li濃度明顯低于全新電池，在完全充電的狀態(tài)下，老化電池LixC6的X值約為0.61，而全新電池的X值則為0.85，這與電池的容量衰降程度是相一致的。

如果直接從上方觀察Li在18650電池內的分布，如下圖所示，我們會發(fā)現(xiàn)，如果不考慮電芯中間部分和極耳部分的較低的Li濃度，那么在全新電池內不同部位X值與平均X值的差別僅有0.05左右，而老化電池則大到了0.15左右，這表明電池老化不僅僅使得Li的濃度降低了，還使得Li在電池的分布更加不均勻了。同時我們也注意到一個現(xiàn)象，在老化電池的外部，Li的濃度反常的高，一般來說我們認為Li的分布與充放電時電流的分布密切相關，在18650電池內電極上只有一個極耳，因此越遠離極耳的位置電阻也就越大，導致越靠近極耳的位置電流密度也就越大，此外還有很多因素，例如SEI膜的生長，電芯中隔膜浸潤不均勻，電解液分布不均勻等，都會導致電流在極片內部分布不均，從而導致Li濃度在極片內部分布不均勻。

從上述分析，我們可以注意到，電池老化的過程不僅僅會造成鋰離子電池內部可以利用的Li數量減少，還會造成Li在電池內部分布不均勻，在靠近極耳的外部電極區(qū)域Li的濃度更高，初步推測這可能是由于極片內部電流分布不均勻和電芯內電解液分布不均勻造成的。