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工業(yè)CT在鋰電池檢測(cè)中的應(yīng)用

工業(yè)CT是利用放射性核素或其他輻射源發(fā)射出的、具有一定能量和強(qiáng)度的X射線或γ射線，在被檢測(cè)物體中的衰減規(guī)律及分布情況，就有可能由探測(cè)器陳列獲得物體內(nèi)部的詳細(xì)信息，最后用計(jì)算機(jī)信息處理和圖像重建技術(shù)，以圖像形式顯示出來。

針對(duì)當(dāng)前鋰離子動(dòng)力電池行業(yè)所密切關(guān)注的電池壽命問題和安全問題，可以用工業(yè)CT對(duì)鋰離子動(dòng)力電池單體的各項(xiàng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)特征進(jìn)行了分析，從電池老化程度方面、電池安全隱患兩個(gè)方面進(jìn)行掃描分析。

1 試驗(yàn)方法

圖1為X射線計(jì)算機(jī)斷層掃描試驗(yàn)照片。左側(cè)為Ｘ射線源，中部為測(cè)試樣品臺(tái)，右側(cè)為探測(cè)器。這3個(gè)關(guān)鍵部件均處于屏蔽鉛房?jī)?nèi)部，以確保在測(cè)試過程中，試驗(yàn)人員不會(huì)受到Ｘ射線的輻射影響。

X射線計(jì)算機(jī)斷層掃描試驗(yàn)照片

下圖為掃描裝置原理示意圖。如圖(ａ)所示，X射線從射線源發(fā)射，穿透測(cè)試樣品后由探測(cè)器中的成像單元接收透過的X射線，轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)后在計(jì)算機(jī)中顯示圖像。鋰離子電池獲得的計(jì)算機(jī)斷層掃描圖像如圖(ｂ)和 圖(ｃ)所示。圖(ｂ)是電池的橫截面圖像示例，從圖中能夠清晰地觀察到電池內(nèi)部的卷繞結(jié)構(gòu)。圖(ｃ)是電池的縱截面圖像示例，從圖中能夠觀察到電池結(jié)構(gòu)的整體規(guī)整度。

鋰電池安全隱患無損檢測(cè)

1. 電池電極褶皺

在電池內(nèi)部，電極是否發(fā)生褶皺可以表征電池內(nèi)部結(jié)構(gòu)的整體規(guī)整水平，與電池的出廠程度和電池的使用程度相關(guān)。圖為廣東省華南檢測(cè)技術(shù)有限公司對(duì)客戶鋰電池內(nèi)部電極進(jìn)行的CT掃描圖像，從圖示可以觀察點(diǎn)白色發(fā)光部分有輕微褶皺。

2 結(jié)構(gòu)斷裂檢測(cè)

電極斷裂會(huì)使斷裂點(diǎn)附近的微觀結(jié)構(gòu)電連接程度異于其他區(qū)域，在充放電過程中會(huì)導(dǎo)致電流密度分布不均，造成微量的產(chǎn)熱不均和容量損失。由于電極在循環(huán)過程中會(huì)產(chǎn)生形變，電極的斷裂程度有可能由于電極整體形變而擴(kuò)大，這一假設(shè)需要進(jìn)一步比對(duì)驗(yàn)證來證明。

3 電池內(nèi)異物

電池內(nèi)部異物主要是由于電池出廠的工藝缺陷造成的。由于CT掃描技術(shù)對(duì)于密度高的材料敏感，能夠檢測(cè)到的主要是金屬異物。圖為廣東省華南檢測(cè)技術(shù)有限公司對(duì)客戶鋰電池內(nèi)部檢測(cè)圖。