基于空間分辨中子衍射方法的鋰離子電池電化學反應均勻性研究

童文欣，黃中垣，王 睿，鄧司浩，何倫華,3，肖蔭果

（1北京大學深圳研究生院，廣東 深圳 518055；2散裂中子源科學中心，廣東 東莞 523803；3中國科學院物理研究所，北京 100190）

近年來，鋰離子電池以較高的能量密度和功率密度的特性，在便攜式電子設備和電動車動力電池應用領域中占據著主導地位。隨著其廣泛應用，提升鋰離子電池的使用壽命、循環穩定性和安全性問題，在實際使用過程中也變得更為重要[1-2]。其中，電化學反應均勻性是影響鋰離子電池的容量、壽命和性能等多方面的重要因素。不均勻的電化學反應容易造成局部析鋰以及材料內部應力分布不均，從而導致電池容量衰減和潛在安全問題[3]。此外，電化學反應不均勻會使得局部區域活性鋰脫出速度增大，造成該區域材料結構的加劇破壞從而導致局部材料失效。作為復雜的電化學器件，鋰離子電池的電化學反應均勻性受到多個因素的影響。這些因素包括電池內部材料組分(如正負極、隔膜、集流體和電解液)、電池結構設計和制備工藝，以及工作環境等。電化學反應不均勻可能導致電池局部失效的加劇，進而影響整個電池的電化學性能、循環穩定性和安全性。鋰離子電池的電化學反應的不均勻性直接體現在電池石墨負極中鋰濃度的分布不均勻。在電池充放電過程中，石墨負極中的鋰濃度分布對局部析鋰和負極內部應力分布均有重要影響。因此，如何確保負極的鋰濃度分布均勻，對構建安全、穩定和高性能的下一代鋰離子電池至關重要。

從目前研究上看，負極鋰濃度分布不均勻的影響機制包括以下幾個方面：①電池結構設計和工藝方面，電極的壓實厚度均一性和極耳分布[4-5]均對電池的性能有著顯著的影響，因此良好的電池設計和制備工藝至關重要；②電解液空間分布和浸潤性[6-7]；③空間電流分布的不均勻性[5]；④電池材料極片的雜質/缺陷[8]；⑤電池在充放電過程中的老化衰減問題，包括電解液副反應、固體電解質界面膜(solid electrolyte interphase，SEI)形成以及鋰枝晶生長，均可能會導致可移動活性鋰的損失[9-12]；正負極材料結構演變導致的活性物質損失[13]；局部產氣[14]等問題。這些因素的耦合作用最終導致鋰離子電池的負極鋰化不均勻。只有綜合考慮電池設計、制造和運行過程中的各個因素，才能提高鋰離子電池的性能、循環穩定性和安全性。

鋰離子電池為封閉的電化學系統，在石墨負極鋰化程度和分布的研究中，通常采用離位拆解的技術。然而，電池拆解將對電芯結構、材料等造成不可逆的損壞，如材料氧化、電解液蒸發、充電態(SOC)變化等多重風險。因此，迫切需要一種不拆卸電池的無損檢測技術，可明確并研究鋰離子電池中鋰濃度分布不均勻性及相關影響機制。而中子具有溫和性，不會對樣品造成輻照損傷，因此中子散射方法能夠對鋰離子電池進行無損測試，并同時支持原位實驗研究，可在不同的溫度、壓力、磁場和濕度等復雜的樣品環境展開測試[15-17]。此外中子散射還具備眾多優勢：①穿透性，中子不帶電荷，與物質的相互作用很弱，因此具有較高穿透深度，能夠研究復雜環境中的大體積樣品，如大體積、材料體系復雜的鋰離子電池，使得結果更具有統計意義；②研究尺度適宜，熱中子的德布羅意波長與凝聚態物質晶體中的分子或原子間距相近，因此容易發生相干散射，提供準確的結構信息；③與物質的作用方式獨特，中子主要與原子核發生相互作用，這種作用屬于一種短程交互作用，其散射能力不會隨sinθ/λ衰減。不同于X 射線衍射，中子相關散射長度與元素原子序數無關，因此即便是輕元素(如Li元素)或核外電子數相近的元素(如Mn、Fe、Co 和Ni等)，中子也能準確識別其在晶胞中的占位信息。

中子散射方法可以針對不同設計類型的鋰離子電池提供有效的無損檢測，包括實驗室小型、異形電池或商用大型鋰離子電池[18-21]，可結合原位掃描電鏡、原位透射電鏡等[22]，可用于研究不同荷電狀態(SOC)下石墨鋰化的均勻性、儲鋰行為以及原位充放電狀態，對實驗室研究和產業應用具有一定的指導意義。近年來，許多中子衍射研究致力于正極或負極材料的鋰化程度與老化行為、電解液分布以及溫度等方面的影響關系[23]。Dominik Petz 等[24]通過空間分辨飛行時間中子粉末衍射方法分析NCA|C材料體系18650型圓柱新鮮電池和失效電池中鋰化石墨負極LixC6的鋰離子濃度，并分析其失效機理。Dominik Petz 等[25]進一步結合中子衍射、X 射線衍射以及X射線斷層技術等多尺度方法研究18650型LiFePO4正極||石墨負極鋰離子電池，通過空間分辨中子衍射實驗獲得隨充放電過程鋰化石墨的演化過程。Martin J.Mühlbauer 等[6]采用空間分辨中子衍射法對18650型鋰離子疲勞電池的石墨負極中的鋰離子濃度進行無損探測。由于中子對氫、鋰、硼等輕元素的衰減較大，探測靈敏度高，因此電解液對中子具有強吸收作用，可采用中子CT 檢測電極材料和電池外殼之間的“電解液儲層”證明一定量的電解液消耗，推測可自由移動的鋰和電解液的損耗將導致疲勞電池容量衰減和鋰離子濃度在徑向方向上的不均勻問題。Martin J.Mühlbauer 等[7]在低溫冷凍電解液后，對結晶電解液進行量化，研究圓柱新鮮電池和老化電池的鋰分布和電解液濃度分布之間的關系。這表明電池老化過程中，可移動的鋰被電解液的分解產物(如SEI)捕捉從而導致鋰離子電池疲勞。Christian von Lüders等[26]通過電壓弛豫過程中的原位中子衍射數據分析，將LiC12到LiC6的相變過程與負極鋰化程度關聯起來，并研究了圓柱鋰離子電池中金屬鋰沉積量與倍率性能之間的關系。Anatoliy Senyshyn等[5]采用空間分辨中子粉末衍射原位探測了帶電狀態下不同18650鋰離子電池石墨負極的鋰離子濃度，并結合電化學測試以及X射線CT斷層掃描進行結構研究，發現電池中心針和電流引線所在處的鋰含量較低，表明電極的電連接方式對鋰分布的影響，對于電極內活性物質的鋰分布均勻性起關鍵作用。Dominik Petz 等[4]通過空間分辨中子衍射方法，對34 種不同的商業18650鋰離子電池在滿充狀態下進行石墨負極鋰分布無損檢測，發現不同的電流連接方案對石墨負極鋰分布的不均勻性和內在荷電狀態以及電極的老化機制都有影響。空間分辨中子粉末衍射方法被證明是探測石墨中鋰濃度分布乃至鋰離子電池電化學反應均勻性的強有力工具。

然而，空間分辨中子衍射方法在鋰離子電池電化學反應均勻性研究中的應用尚未引起國內足夠的關注，這可能受到國內實驗條件的限制，目前還缺乏系統的研究。而在國際上，也只有少數研究團隊開展了相關工作，且其研究主要集中在具有較好均一性的圓柱鋰離子電池上。相比之下，軟包電池和方形電池均一性較差，相關研究較少。另外，目前富鋰錳基體系的電池還存在循環壽命較差，充放電過程中電壓遲滯、持續的電壓衰減，以及氧氣產生所帶來脹氣和安全隱患等眾多問題，其嚴重而復雜的失效行為及機制顯著地制約了其商業化進程。本工作著重介紹空間分辨中子衍射方法，并采用該方法針對Li1.2Ni0.13Co0.13Mn0.54O2||石墨材料體系的鋰離子軟包電池展開石墨負極中鋰離子濃度均勻性的研究。 通過里特沃爾德法結構精修(Rietveld refinement)分析微區中子衍射實驗數據，對初始狀態和失效狀態下電池內部石墨負極在鋰離子嵌入過程中的相變過程、含量變化，以及鋰濃度分布進行了研究與探討。

1 實驗部分

本工作選用的軟包電池為實驗室自制，軟包電池整體尺寸為16.4 cm×13.4 cm，其中電極材料區尺寸為7.2 cm×14.2 cm，極耳尺寸為1.5 cm×2 cm。軟包電池正極為富鋰錳基層狀材料(Li1.2Ni0.13Co0.13Mn0.54O2)；負極為石墨材料。軟包電池采用疊層的工藝，其中負極10層，正極9層。適當的厚度能夠保證在中子束斑探測區域內有足夠的活性物質以優化單個數據的收集時長。

本工作的空間分辨的飛行時間中子衍射實驗(spatially-resolved time-of-flight neutron diffraction)在中國散裂中子源的通用粉末衍射儀(general purpose powder diffractometer，GPPD)開展，使用的入射中子束波長波段為0.1～4.9 ?。實驗原理圖和裝置圖如圖1(a)、(b)所示。在本次中子衍射實驗中，選用同一批次的2枚電池，其中一枚電池處于初始狀態，在0.2 C下充電到4.5 V；另一枚為失效電池，在1 C下充放電直至失效。如圖1(c)所示，本工作將中子衍射實驗區域劃分為7×7的網格。其中，在水平x軸區域內，電池材料區左邊緣預留0.725 mm間隔，而后每個網格間隔1.09 mm，網格水平方向均勻分布；在垂直y軸區域內，電池材料區上邊緣預留0.6 mm 間隔，而后每個網格間隔1 mm，網格豎直方向均勻分布。每枚電池最終測試區域占據電池材料區域的一半，數據分析均以網格中心為xy軸的零點坐標。通過樣品臺調整樣品位置實現中子衍射位置的更改，最終獲得空間分辨中子衍射數據。測試時選用5 mm×5 mm的中子束斑。該衍射譜儀中處于90°對稱放置的兩組探測器在本次實驗中最為重要，為盡可能減少樣品的吸收，在本工作中進行實驗過程的光路優化，將入射中子束流與電池的法向呈45°方向夾角擺放；其中新鮮電池和失效電池中每個網格測試時長分別為14 min 和20 min。入射中子被電池散射后，采用垂直位置的3He探測器組成的大面積中子探測器陣列收集數據。每個網格點所獲得的衍射數據均為電池厚度方向的平均結構信息。

圖1 (a) 空間分辨的飛行時間中子衍射實驗現場圖；(b) 實驗原理示意圖；(c) 軟包電池及實驗區域示意圖Fig.1 (a) Photo and (b) sketch of the spatial-resolved time-of-flight neutron diffraction experiment; (c) scheme of the pouch cell and the irradiated gauge volumes from which the diffraction data were collected

收集的飛行時間中子衍射譜采用FullProf 程序進行里特沃爾德法結構精修。采用贗-沃伊格特(Pseudo-Voigt，即高斯函數與洛倫茲函數的線性組合，組合系數在0～1之間)函數與一對“背靠背”的指數函數之卷積作為峰形函數，前者用于描述中子譜儀自身的分辨能力，以及樣品尺寸、微應變等效應對峰形的影響，后者用于描述入射中子束的波長分布對峰形的影響，各參數的初始值取自使用標準樣品對譜儀進行標定后的結果。在對全電池體系開展結構精修的過程中，以下結晶的電池組件的結構模型被包含在內：①用作正極的富鋰錳基Li1.2Ni0.13Co0.13Mn0.54O2氧化物，使用兩相模型描述，即三方LiNi1/3Mn1/3Co1/3O2層狀結構和帶有Li-Mn 有序的單斜Li2MnO3結構；②用作負極的石墨C 及對應的鋰化石墨(如LiC12和LiC6等石墨插層化合物)；③用作正極集流體的銅箔，為面心立方(FCC)結構；④用作負極集流體的鋁箔，也為FCC 結構。由于鋰離子電池中不同組件對中子散射能力的差異，各相的布拉格衍射信號積累速率有所差別。需要說明的是，其他結晶但質量占比較低的組件(如隔膜)，以及低結晶性組件的貢獻未被考慮在精修模型內。在本研究中，富鋰錳基正極對全電池中子衍射圖譜信號的貢獻較小，多數強衍射峰來自于石墨、鋰化石墨或銅箔，其中，石墨和各鋰化石墨的主要強衍射峰分別為(002)(C)、(006)(LiC30)、(002)(LiC12)和(001)(LiC6)。

采用高精度三維X射線CT斷層掃描儀(phoenix v|tome|x m，Waygate)對新鮮電池進行X射線三維成像，X射線光管使用的電壓和電流分別為230 kV和270 μA。三維數據采集及重建后獲得電池及微區區域斷層面信息。采用Carl Zeiss 公司的SUPRA 55 SAPPHIRE型號掃描電子顯微鏡，電鏡配備EDS能譜儀，以觀察材料樣品的微觀形貌并進行面掃描，進而定性和定量確定元素的組分和分布。

2 結果與討論

組裝后滿充電狀態下的新鮮電池的里特沃爾德法結構精修結果如圖2(a)所示。在充電階段，正極為脫鋰態，石墨負極為嵌鋰態。其布拉格衍射主要對應負極C、LiC6、LiC12、集流體Cu和Al、正極的LiNi1/3Mn1/3Co1/3O2和Li2MnO3區域。雖然電池材料的衍射峰在d值較低的區域存在較多的重疊，但依靠結構精修方法，電池各部分對低d值區域衍射峰的貢獻依然能夠進行分辨。而在d值較大的區域中，大多數衍射峰可直接清晰地區分。在3.3～3.8 ?的d值范圍內，由于負極之外的物相均不在此處存在衍射峰，該段區間內的衍射信號能夠清楚地分辨出石墨和鋰化石墨的特征峰，由此能夠可靠地確定電池負極的相組成與結構信息。如圖2(b)、(c)所示，新鮮電池主要包含負極相C、LiC12和LiC6，而失效電池主要包含C、LiC30和LiC12。如圖2(d)所示，在電池充電過程中，鋰離子開始嵌入六方結構的石墨負極致使(002)面間距增大。隨著嵌鋰量不斷增加，一系列中間相將會相繼出現，直到最終形成LiC6。然而，由于電池內部的不均勻性，不同區域的嵌鋰速度和程度均不相同，導致了鋰含量空間分布的不一致性。

圖2 (a) Li1.2Ni0.13Co0.13Mn0.54O2|石墨鋰離子軟包全電池滿充狀態下的中子衍射全譜里特沃爾德法結構精修結果；(b)、(c) 分別為新鮮電池和失效電池各區域衍射結果中d位于3.3～3.75 ?范圍內的石墨以及鋰化石墨的中子衍射譜圖；(d) 石墨和各階段鋰化石墨的相結構示意圖；(e)、(f) 分別為新鮮電池和失效電池里特沃爾德法結構精修結果(d位于3.2～3.8 ?)Fig.2 (a) Rietveld refined results of the neutron diffraction pattern for the Li1.2Ni0.13Co0.13Mn0.54O2|graphite Li-ion pouch cell in a full charged state; Section of neutron powder diffraction patterns (d is in the range of 3.3—3.75 ?,intensity vs.interatomic spacing) for (b) the fresh cell and (c) the failed cell; (d) schematic diagram of the anode phase in this work; (e) Rietveld refined results of the diffraction pattern (d is in the range of 3.2—3.8 ?) for the fresh cell and (f) the failed cell

通過里特沃爾德法結構精修，從微區實驗衍射圖譜獲得新鮮電池和失效電池的鋰化石墨C、LiC30、LiC12等相對質量百分比，如圖2(e)和圖2(f)所示。C、LiC30、LiC12和LiC6負極相峰位置明顯可辨，分別對應(002)、(006)、(002)和(001)衍射峰，因此可以獲得明確的結構信息。除了采用里特沃爾德法結構精修以外，鋰化石墨的相對百分比也可以通過其衍射峰的積分強度的分析計算得到[27]。通過對數據的分析，得到了49 個網格中石墨和鋰化石墨相含量百分比的數據，并構建了空間分布的3D 圖，如圖3(a)所示。從新鮮電池數據上看，兩側離極耳較遠的區域含有較多的C 相，而中間部分則富含LiC6相，基本觀察不到LiC30相。

圖3 (a) 新鮮電池的中子衍射坐標區域中C、LiC12和LiC6的相含量百分比圖；(b)、(c) 分別為中子衍射區域歸一化后LixC6中x值的2D圖和3D圖Fig.3 (a) The weight fraction of C, LiC12 and LiC6; (b) contour and (c) surface plots of 2D planar distribution of the lithium concentration x in LixC6 within the measured gauge volumes of the fresh cell

通過以下公式歸一化轉化為LixC6，進行新鮮充電電池和失效電池石墨嵌鋰量均勻性的對比。

通過對歸一化后的LixC6中的x值的提取，構建了其對應空間分布的二維和三維圖，其中x范圍從0.3(藍色)到0.6(紅色)，如圖3(b)、(c)所示。從圖中可以觀察到，電池兩側遠離極耳區域的鋰含量較低(LixC6的x在0.3～0.35)，而負極鋰化明顯集中在電池的中心部分，這主要與前文提到的C和LiC6的分布及相含量密切相關，與之前研究中對軟包電池的現象接近[28-29]。在區域1 和2 的位置，鋰含量較低。在新鮮電池中，LixC6的平均鋰濃度(x平均值)為0.486，對應測試的放電容量3700 mAh。因此對于該軟包電池來說，正極的能量密度提升有著巨大的可能性和潛力。石墨負極的鋰分布可以與充放電過程中電流分布相關聯，而電流分布受電池內電流的電阻路徑的影響。Martin J.Mühlbauer 等[24]將圓柱電池拆解，并將負極極片展開，通過中子粉末衍射方式測定其鋰分布，發現在電極寬度方向上，邊緣的鋰濃度稍低，這主要是由電極內部電流密度分布的影響所致。他們還通過對比四種不同的商用電池的電極連接方式，探討其對鋰分布的影響，同樣發現空間電流密度分布對石墨鋰分布的影響[5]。假設正負極集流體的單位長度的電阻率一致，則電流路徑的總電阻將隨著與極耳位置的距離增加而呈線性增長。在該軟包電池中，離極耳最遠的地方具有更長的電流路徑，總電阻更高，電流密度的降低將導致石墨中嵌鋰量的減少。

電池中理想的電解質分布應是均勻的，但也常常受到多種因素的影響，包括與電池直接相關的參數，如電池極片壓實的厚度和充電狀態，以及外部參數，如重力和電池放置方向等。為更深入了解新鮮電池的鋰濃度分布不均勻的原因，對電池進行X 射線CT 掃描并重建結構。中子衍射區域中厚度方向的切片結果如圖4所示。通過對49個區域的厚度統計及插值計算，可以看到電池邊緣部分的厚度小于中間部分，這表明這部分極片之間的疊層更加緊密，這可能會影響極片之間電解液的潤濕性。電解液的浸潤性分布可以通過多種方式表征，除前文提到的中子CT、冷凍電解液等方法以外，還可以借助聚焦超聲波，其原理為電解液浸潤區域及浸潤不良區域的聲波透射率存在差異，此項檢測技術的空間分辨率可達到亞毫米級[30]。

圖4 (a) 中子衍射區域各坐標厚度方向軟包電池X射線CT掃描重建切片圖；(b) 空間分辨中子衍射實驗掃描區域內鋰離子電池的厚度(mm)2D分布圖；(c)、(d) X射線CT掃描重建局部圖Fig.4 (a) Slice of the 3D tomography reconstruction of the fresh cell in the thickness direction and (b) the contour plots of 2D planar distribution of the thickness of Li-ion cell in spatially resolved neutron diffraction experiment area ; (c) and (d) enlarge sections of the reconstruction

與圖3(b)相對應，在圖4(c)區域1 中正極和負極片中間觀察到異物，判斷隔膜可能被該異物扎入。這對電池的容量有較大的影響，其周邊區域的鋰含量減少。此外，在圖4(d)中的區域2 觀察到極片處存在一個凹坑，同樣對鋰濃度有一定的影響。

為進一步驗證電池鋰濃度分布的均勻性結果，并了解區域1 和區域2 的細節，在手套箱中對新鮮電池進行拆解，拆解后的負極片、正極片及隔膜如圖5所示。在通常情況下，石墨在鋰化過程中，會經歷黑色、藍色、紅色(LiC12)，最后到金色(LiC6)的轉變[31]。從圖5(a)中可以觀察到，在中子衍射區域中，負極片靠近極耳部分主要呈紅色和金色，而左下角邊緣處主要呈灰黑色，與圖3(b)中的趨勢基本一致。在隔膜片表面發現約為0.5 mm 大小的顆粒狀異物擠壓導致的點狀缺陷[圖5(c)]。通過掃描電鏡[圖5(d)、圖5(e)]和EDS能譜[圖5(f)]分析，推斷該異物顆粒由主要成分為表面含電解液的富鋰錳基正極材料構成，其平均粒徑為15～20 μm。這可能是正極漿料在攪拌過程中，分散均勻性問題而導致極片輥壓后存在顆粒尖點。圖5(b)的正極片紅色方框處為正極片制備過程中造成的壓痕，分別對應圖4(c)、(d)中區域1和區域2的位置。

圖5 新鮮電池拆解 (a) 不同層的負極片；(b) 正極片；(c) 隔膜(反面)和紅框中異物掃描電鏡圖；(d)、(e) 異物(正極材料)掃描電鏡圖；(f) 異物(正極材料)材料顆粒及其元素分布圖Fig.5 (a) Anode plate; (b) cathode plate with different layer; (c) separator in the fresh cell and SEM image of unidentified particle in red frame; (d)、(e) SEM images; (f) SEM/EDS of the cathode materials on the separator

與新鮮電池不同的是，失效電池的鋰化石墨主要以LiC12和LiC30相為主，幾乎沒有LiC6相存在，如圖6(a)所示。這可能是由于失效電池中活性鋰減少，導致相應的石墨嵌鋰量降低，其LiC12的含量比新鮮電池高。如圖6(b)、圖6(c)所示，與新鮮電池相比，失效電池各區域的數據差異不大明顯，這可能與較低的鋰化程度相關。失效電池中LixC6的平均鋰濃度為0.424，對應測試的殘余放電容量僅有約120 mAh。損失的活性鋰的含量與電池容量的降低有一定相關性。可移動鋰的減少可能包括電解液副反應、SEI膜形成過程所消耗的鋰。此外，電池容量的下降也有可能與電解液減少或局部析鋰有關。失效電池阻抗的增大會導致內部焦耳熱增加，從而導致電池電解液加速干燥。失效電池中鋰濃度分布主要趨勢是沿著極耳朝電池底部的方向逐漸增加，這可能是由于溫度梯度引起的不均勻析鋰。由于靠近極耳處的電流密度較大，溫度高，極化電阻小，因此析鋰容易發生在該區域[32-33]。因此，在大型軟包電池中，高倍率或低溫長時間充電時，不均勻的溫度梯度和電流密度將會加劇析鋰的不均勻分布，從而加快電池容量的衰減并導致最終失效。

圖6 (a) 失效電池的中子衍射坐標區域中C、LiC30和LiC12的相含量百分比圖；(b)、(c) 分別為中子衍射區域歸一化后LixC6中x值的2D圖和3D圖Fig.6 (a) The weight fraction of C, LiC12 and LiC6; (b) contour and (c) surface plots of 2D planar distribution of the lithium concentration x in LixC6 within the measured gauge volumes of the failed cell

3 結 論

本工作通過空間分辨飛行時間中子衍射方法，成功探測了在滿充電狀態和充電直至失效狀態下的Li1.2Ni0.13Co0.13Mn0.54O2||石墨材料體系的軟包鋰離子電池負極二維空間的鋰濃度分布。結合X 射線CT斷層掃描發現新鮮電池的負極鋰分布與電極片中的缺陷或雜質存在一定相關性。我們進一步分析探討了鋰濃度分布與電池容量、電流密度、電極組厚度和缺陷/雜質等因素之間的關聯。失效電池的鋰化程度比新鮮電池低，這與容量損失密切相關。石墨負極中鋰的均勻性受到多種因素的影響，包括電流分布、電解質分布和潤濕性、電解質界面狀態、電極厚度及雜質等。

空間分辨中子粉末衍射被證明是探測石墨中鋰分布的有力工具，并且有足夠的潛力探測不同設計和厘米級厚度的電池在毫米長度尺度上的鋰分布均勻性。然而，為了滿足工業研究的需求，縮短測試時間顯得至關重要。中子譜儀數據采集速度的主要影響因素之一為與電池材料相互作用的中子數量，這和入射束的強度大小、電池尺寸以及散射中子的探測能力有關系。此外，微米尺度的空間分辨率以及更高分辨率的中子衍射譜儀將能夠提供更加準確的晶體結構及鋰分布信息。同時，還可考慮進行厚度分辨并進行3D 鋰離子分布圖的重建。空間分辨中子衍射還可以結合中子成像，用于鋰離子電池電化學均勻性和容量快速衰減等失效相關的研究，如電解質損失、產氣變形等機制，甚至可以在不同樣品環境下模擬電池的實際工況展開研究。

除了常用的圓柱電池以及本文中的軟包電池外，空間分辨中子衍射方法還可以用于其他類型電池的研究，包括實驗室規模電池和商業化大型電池，如方形電池和刀片電池。此外，該技術不僅限于鋰離子電池材料體系，在其他電池體系中也有應用潛力，如鈉離子電池體系中鈉離子分布、材料均勻性及電化學均勻性等相關研究應用。這一技術的發展將有望為產業界電池的電化學均勻性相關研究提供強有力的技術支持，為電池的材料性能、安全性和壽命評估提供新的依據。