BAM将锂同位素视为用于判断电池老化程度的诊断工具。

德国材料研究与测试联邦研究所的科研人员发现，电池单元中两种锂同位素的分布如同指纹一般，与电池的退化过程直接相关。这一发现有助于人们更深入地理解电池的老化机制。

示意图：一款典型的电动汽车用高压电池。

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锂离子电池的寿命受到复杂老化过程的限制，而这些过程背后的成因往往难以区分。BAM的研究人员表明，仔细研究电池单元中的锂同位素具有重要的意义，他们在《ACS Energy Letters》期刊上发表的文章中阐述了这一点。

具体而言，Carlos Abad和Beatrice Battistella领导的团队利用电池单元中两种锂同位素的分布情况作为诊断老化过程的工具。BAM在一份声明中表示，其主要发现是：“这些同位素特有的痕迹和模式能够揭示潜在的退化机制。”

其背景在于，电池内部存在多种复杂的机制会导致性能下降。联邦研究所指出：“目前尚未解决如何明确识别这些老化机制并区分它们的难题。虽然传统的诊断方法能够显示电池正在老化，但往往只能提供有限的信息，无法说明性能下降发生的时间、位置以及具体机制。”

这种新开发的方法利用了天然锂由锂-6和稍重的锂-7这两种同位素构成的特点。研究团队表示，这两种同位素是同一化学元素的变体，仅中子数不同。在新型电池中，这两种锂同位素的分布与所有天然碱金属矿床中的比例一致，即2.4%对97.6%。

具体而言，研究人员测试了一种正极由锂镍锰钴氧化物（NMC）制成、负极为石墨的锂电池。科学家们发现，仅在最初的几次充电循环后，锂-6就优先聚集在负极上。经过另外280次循环后，这一现象愈发明显，而正极中的锂-7含量则显著上升。与此同时，电池的容量也下降了。

据BAM称，得益于高分辨率质谱技术，才得以实现这一检测——该技术能够逐层确定电极整个深度范围内的锂同位素分布情况。这些研究是在与英国的Nu Instruments Ltd.以及德累斯顿莱布尼茨固体与材料研究所（IFW Dresden）的合作下进行的。

Beatrice Battistella总结道：“锂同位素的分布为了解锂离子电池的老化过程提供了直接信息。这些同位素就像天然标记物，其分布状况能显示电池使用过程中锂的移动情况以及出现变化的位置。”研究人员还证实，这些痕迹与电池容量的下降密切相关。

对于BAM而言，这些成果的意义主要在于其为精确测量提供的应用可能：今后无需仅通过容量下降来判断电池老化程度，而是可以通过锂同位素在电池单元中留下的痕迹更早地监测其老化情况。研究结论指出：“这有助于更准确地理解电池老化机制，进而对提升电池性能及更精准预测其使用寿命具有关键作用。”