本文探讨了电池中正极颗粒的一致性在电池性能中的重要作用。文章强调了调整电池材料特性和设计多尺度结构的重要性，以及电极中电化学活性颗粒的利用与颗粒网络特性及交互的密切关系。文章还详细阐述了复合正极中颗粒网络的动态特性，包括颗粒演变和颗粒间相互作用对电池性能的影响。通过利用同步辐射纳米分辨率全息断层扫描技术，研究者揭示了颗粒在形态缺陷和电化学活性方面的三个不同演变阶段。此外，文章还强调了颗粒一致性对于提高电极耐受充放电循环能力的关键作用，并探讨了精准设计电极结构及孔隙率的解决方案。
精准设计电极结构及孔隙率可能提高电池性能。此外，评估单极材料时，另一极材料的稳定性也需考虑。
正极颗粒的一致性在电池性能中扮演着至关重要的角色。为了最大化其电化学性能，需要对电池材料的固有特性进行调整，并设计出精巧的多尺度结构。当电化学活性材料（通常以粉末形式存在）被用于电池中时，它们一般会分布在浸泡于液体电解质中的多孔复合电极内，提供离子和电子传导通道。这意味着，电极中电化学活性颗粒的充分利用不仅依赖于颗粒本身的特性，还与颗粒之间的导电网络特性，以及颗粒与网络之间的交互密切相关。
Li
等人探讨了锂离子电池复合正极中颗粒网络的动态特性，并特别强调了电极颗粒尺寸一致性的重要性。文章指出，电极的有效功能依赖于电极网络中每个活性颗粒所贡献的整体作用。典型的电池电极由嵌入在多孔复合材料中的电化学活性颗粒组成，其孔隙率可以根据不同应用需求灵活调整。理想情况下，液体电解质能够渗透到电极每一个孔隙中，从而确保离子导电性良好。
J.Li et al., Science 376, 517 (2022).
尽管在理论上，理想的电极应该提供均匀的离子可接触性，并通过结构中的碳互连实现优良的整体导电性，但实际情况往往更加复杂。在实际应用中，围绕正极活性颗粒的局部导电网络可能并不均匀，这种不均匀性会直接影响颗粒的反应速率。为了解决这个问题，研究人员进一步分析了电极颗粒网络的动态行为，强调优化颗粒分布和尺寸一致性在提升电池性能中的重要任务。
在充放电循环过程中，每个活性正极颗粒在复合正极内部的演变和移动都不相同。这是由于导电结构（此处显示为碳）的不均匀性以及颗粒之间的各种不一致性（如尺寸和裂纹程度）造成的。随着时间推移，颗粒会形成团簇并稳定电池的电化学性能。
左
高电化学活性颗粒：与导电碳接触点较多的颗粒出现更多裂纹并具有更高的容量贡献。
中
低电化学活性颗粒：与导电碳接触点较少的颗粒出现较少裂纹并具有较低的容量贡献。
右 颗粒团簇效应：
具有较高容量贡献的颗粒会聚集在一起，影响全局均质化过渡
。
电极内的不均匀性会导致颗粒电化学活性的动态演变，从而影响电池性能。这种不均匀性和动态演变通常无法通过诸如电压或电池容量等整体电化学输出来直接测量，因为这些宏观测量并未揭示单个颗粒之间的运动及其相互作用。
在锂离子电池的充放电循环过程中，锂离子进出正极活性颗粒宿主时，颗粒系统在由颗粒内部产生的压力驱动下共同演变，最终达到动态平衡。理解电极内部的这种动态平衡需要追踪单个活性颗粒之间的相互作用。
Li
等人的研究利用
同步辐射纳米分辨率全息断层扫描技术
，追踪了数千个活性颗粒的形态和化学特性。他们发现，正极内的单个颗粒在形态缺陷和电化学活性方面经历了三个不同的演变阶段：
