锂离子电池广泛应用于从电动汽车到电网储能等各类设备，世界上几乎所有电动汽车都依赖锂离子电池。然而，支撑锂离子电池发挥作用的关键矿物，如锂、镍、钴、锰和石墨，目前仍较为稀缺，且主要在海外进行加工。

为缓解供应链瓶颈，美国国家可再生能源实验室(NREL)的研究人员正测试一种高分辨率X射线纳米计算机断层扫描(nano-CT)系统。该系统可深入观察耗尽的电池内部，发现隐藏缺陷，为新一代旨在翻新而非重建阴极的“直接回收”技术提供指导。

这台实验室规模的扫描仪安装在科罗拉多州戈尔登市的NREL园区，能分辨出50纳米以下的微观结构，这一分辨率通常只有大型同步加速器才能实现。由于采用非破坏性方法，科学家可实时观察单个电池的老化过程，将结构变化与性能损失相关联，同时保留完整材料用于后续测试。

高级储能科学家唐纳·费尼根表示，快速反馈回路揭示了“报废电池材料中存在的特定退化类型”，使团队能够将每种损坏模式与适当的恢复路线相匹配。

早期扫描结果推翻了一项普遍假设。即便旧阴极的能量容量与原始材料相近，其接受快速充电的能力却大幅下降。纳米CT切片揭示了原因：反复循环导致阴极层内富含镍的颗粒断裂，形成微裂纹网络，阻碍了锂离子的自由流动。

博士研究员Melissa Popeil及其同事利用NREL的微观结构分析工具箱，在美国能源部车辆技术办公室项目支持下，绘制了商用电池在不同深度下实际工作循环的裂纹分布图。最终结果以量化方式展现了电池使用寿命期间裂纹的累积位置、方式和程度。

在确定故障模式后，该项目转向电池修复。与传统回收方法中将废旧电极溶解成基本化学品(成本高且耗能)不同，该团队正尝试更温和的机械处理方法，可将破裂颗粒重新融合，或仅替换受损部分。成功的方法将缩短处理时间，保留赋予现代阴极高能量密度的精细晶体结构，还能让更多贵重金属留在美国境内，延长其使用寿命，减轻对中国市场的依赖。目前，中国占据全球60%至90%的锂、镍和钴精炼市场份额。

研究人员计划将研究范围扩大到进入废物流的其他化学物质，改进直接回收配方，使每种类型的电池在出厂时都拥有内置的二次生命。本周早些时候(2025年6月)，加州大学洛杉矶分校的研究人员展示了一种名为“带电低温电子显微镜”的新型成像方法，为设计更好的锂金属电池提供参考。2025年4月，中国清华大学的研究人员利用先进的X射线计算机断层扫描技术，揭示了电极微观结构与电解质润湿性之间的复杂关系。

研究人员认为，先进的表征技术是高效回收策略的支柱：若无法清晰了解纳米级缺陷，回收商就无法决定何时翻新、再加工或丢弃。通过将同步加速器级别的视觉技术引入标准实验室，NREL的纳米CT平台可将决策从猜测转化为基于证据的工程，助力实现能源转型中一些最宝贵资源的闭环。