对锂离子电池过快充电可能永久降低电池容量。部分储能结构也因此被破坏而失效。这些结构变化第一次被德国电子同步加速器研究所（DESY）研究人员Ulrike Bösenberg博士，以及她在DESY X射线源PETRA III的团队直接观察到。荧光分析表明，即使只充电几次后，电池内部结构的损害就已经很明显了，而充电速度变慢后，结构出现损害的时间延长了。

由于具有高电荷密度，锂离子电池应用广泛。典型的认识是在充放电1千次后，电池容量开始显著降低。著名的锂镍锰氧尖晶石（LNMO尖晶石）材料，特别以其4.7V的高电压，成为新一代电池储能体系有力候选。电极材料由细小晶体组成，晶体通过结合剂与导电碳相互连接组成薄膜层。

Bösenberg的团队包括了来自吉森大学、汉堡大学以及澳大利亚科学与工业研究组织（CSIRO）的研究人员。他们利用聚焦PETRA III X射线束-P06研究了化合物LiNi0.5Mn1.5O4负极材料的情况。他们利用分辨率高达0.5微米的新型X射线荧光探测器，确定在电极大范围内镍和锰的分布情况。电极的活性结构是由镍、锰和氧原子组成的。锂离子作为移动电荷载体可以嵌入和脱嵌由这些原子组成了相对刚性的晶格。

在现在的研究中，研究人员在三中速率下给不同的电极各自进行25次充放电，后测量了组成电极各元素的分布情况。科学家发现在快速充电时，锰和镍会从晶体中滤出。通过研究，发现电极会出现直径达到100微米的孔缺陷。这些受损的区域将不能再储存锂离子。

在研究中利用X射线荧光法，是研究人员利用了X射线可以激发化学元素发出短期荧光的现象。激发荧光的波长或着说能量可以代表特征元素。这样电极材料中各个元素分布都可以精确确定了。研究中，研究人员利用世界上只有两台的最新荧光探测仪。这台由CSIRO和布鲁克黑文国家实验室联合发开的玛雅探测器由近400个收集样品激发荧光的独立元件组成。由于探测器的分辨率和灵敏度很高，它可以同时定位多种化学元素分布。

细窄高能的PETRA III射线束可以精密扫描大约2x2平方毫米的样品表面，分辨率达到0.5微米。扫描各点仅需要千分之一秒。“这是第一次我们可以在这么大的面积用如此高的分辨率定位缺陷，” Bösenberg说道，“我们希望可以更好的理解其中的影响，为提高储能设备的性能创立理论基础。”

依然令人疑惑的是，那些滤出的镍和锰原子最终去了哪里。这个问题研究人员希望在后续研究中找到答案。“有线索表明至少部分滤出物最终到了阳极，这造成了电池性能的二次损害。” Bösenberg总结说。

新材料在线编译整理——翻译：赵欢    校正：摩天轮