理解电池在真实操作过程中的离子插层和电池降解机理，是实现和提高最新发展的高倍率电池电极材料性能的关键。

有鉴于此，剑桥大学Clare P. Grey、Akshay Rao、Christoph Schnedermann等报道通过实验室原位光学散射显微镜方法研究微米尺寸的柱状Nb₁₄W₃O₄₄颗粒阳极材料在高倍率充放电循环过程的工作情况。

本文要点

（1）

通过比较XRD信号，直接的观测发现颗粒的伸长；通过对单个颗粒在电池工作过程中状态和带电荷情况的变化进行研究，发现在单个颗粒内部，由于随电荷状态呈现连续变化的散射强度，能够直接观测非平衡动力学相分离现象。

（2）

通过相场建模（由脉冲梯度场NMR、电化学实验结果）实验说明相分离的动力学机理，相分离来自随着携带电荷量有关的Li离子扩散系数。通过这种非平衡状态的相分离导致颗粒在高倍率条件进行脱Li的过程中碎裂，尤其是在尺寸较长的颗粒更加明显，并且可能导致其中的碎片在随后的电池循环过程中变成电化学断开状态。

本文研究结果展示了光学散射显微成像技术的优势。与现有表征技术难以表征的缺点对比，光学散射显微成像技术能够追踪快速的非平衡动力学过程。

参考文献

Merryweather, A.J., Jacquet, Q., Emge, S.P. et al. Operando monitoring of single-particle kinetic state-of-charge heterogeneities and cracking in high-rate Li-ion anodes. Nat. Mater. (2022)

DOI: 10.1038/s41563-022-01324-z

https://www.nature.com/articles/s41563-022-01324-z