近年來，新能源汽車屢屢發(fā)生起火、自燃等動力電池安全事故，提升動力電池安全迫在眉睫。經(jīng)過多年的發(fā)展，動力電池從最初的圓柱電池，發(fā)展到方形、軟包電池，容量提升，形式多樣。

上篇中，上篇中，我們展示了島津CT在正極材料和負(fù)極材料觀測方面的應(yīng)用。本篇我們將展示島津CT觀測各種成品電池和對電池原位充放電的實時觀察。

成品動力鋰電池CT的觀察

在成品動力鋰電池檢查中，CT檢測可以發(fā)現(xiàn)動力鋰電池內(nèi)部缺陷，比如內(nèi)部雜質(zhì)、正負(fù)極扭曲變形、正負(fù)極片短路和正負(fù)極片的斷裂等不良。在長期充放電使用及激烈碰撞后，這些不良容易造成電池短路，甚至可能造成新能源汽車自燃和爆炸。

島津SMX-225CT FPD HR Plus微焦點X射線CT系統(tǒng)

CT檢測是失效分析和產(chǎn)品工藝優(yōu)化及品質(zhì)控制的重要手段。通過對失效的動力鋰電池進行無損檢測，在不破壞失效動力鋰電池結(jié)構(gòu)的情況下獲得真正失效原因。通過對動力鋰電池的內(nèi)部結(jié)構(gòu)觀察及尺寸測量，可以優(yōu)化生產(chǎn)工藝、提高品質(zhì)。

n 電池內(nèi)部結(jié)構(gòu)及缺陷觀察

目前動力鋰電池電芯生產(chǎn)主要有卷繞和疊片兩種制造工藝，對應(yīng)的動力鋰電池結(jié)構(gòu)形式主要為圓柱和方形、軟包三種，圓柱和方形鋰電池主要采用卷繞工藝生產(chǎn)，軟包鋰電池則主要采用疊片工藝制造。圓柱鋰電池主要以18650為主，方形鋰電池外殼采用硬鋁殼包裝，而軟包鋰電池采用鋁塑料包裝。

運用CT對18650動力鋰電池檢測可觀察內(nèi)部正負(fù)極及隔離膜，因此內(nèi)部變形及金屬雜質(zhì)可以清晰地被檢測到。通過對正極極片展開，可觀察到極片上的孔隙。圖1給出了18650動力鋰電池的CT圖像。

圖1 18650動力鋰電池CT圖像

圖2是方形動力鋰電池的CT掃描圖像，外形尺寸為L150mm´W100mm´H26mm。

通過掃描半電池可以清晰地看到電池正負(fù)極片和雜質(zhì)以及激光焊接部位的孔隙。甚至有機質(zhì)的隔離膜也能夠被觀察到。

圖2 方形動力鋰電池CT圖像

軟包疊片動力鋰電池的常見缺陷為極片開裂破損、有雜質(zhì)及當(dāng)封入外殼時負(fù)極變形等，CT檢測是此缺陷觀察必要手段。如圖3所示。

圖3 軟包疊片動力鋰電池CT圖像

n 電池內(nèi)部尺寸測量

在電池生產(chǎn)中，尺寸質(zhì)量控制的要求變得越來越復(fù)雜，無法使用傳統(tǒng)的測量技術(shù)進行測量，更不可能對電池進行切割或破壞后再進行檢測。此時，需要使用微焦點CT對電池內(nèi)部缺陷及結(jié)構(gòu)進行尺寸測量。從而能夠評估產(chǎn)品制造過程和優(yōu)化產(chǎn)品。

圖4是18650動力鋰電池在空電和滿電狀態(tài)下的電芯尺寸測試，通過比較發(fā)現(xiàn)滿電狀態(tài)比空電狀態(tài)下的電芯尺寸膨脹了約0.2mm。這對電池研發(fā)人員設(shè)計很有幫助。

圖4 18650動力鋰電池空電和滿電狀態(tài)電芯尺寸測量

在方形動力鋰電池中，滿電時的極片厚度尺寸測量、正負(fù)極對齊測量和封裝時電芯與外殼的距離等這些尺寸對電池生產(chǎn)廠家都有很重要的參考意義，如圖5所示。

圖5 方形動力鋰電池尺寸測量

圖6給出了軟包動力鋰電池中的孔隙及金屬雜質(zhì)尺寸測量，這些缺陷都可能會引起電池起火或自燃。

圖6 軟包動力鋰電池尺寸測量

n 電池原位充放電循環(huán)中的CT觀察

通過對原位動力鋰電池充放電試驗，可以觀察電池在循環(huán)充放電情況下的狀態(tài)。X射線微焦點CT作為對動力鋰電池充放電循環(huán)檢查的重要一環(huán)，可以直觀觀察動力鋰電池在不同狀態(tài)下內(nèi)部結(jié)構(gòu)的變化，為研發(fā)及生產(chǎn)制造提供數(shù)據(jù)。

圖7從2D截面圖像和3D圖像示出了100次、500次、1000次、1500次動力鋰電池的充放電試驗CT測試圖像。從而觀察到隨著充放電次數(shù)的增加，動力鋰電池由于內(nèi)部產(chǎn)生的惰性氣體的釋放而不斷膨脹。

圖7 動力鋰電池充放電實驗CT觀察

通過以上案例展示，島津X射線微焦點CT不僅可以觀察動力鋰電池正負(fù)極片材料內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu)，還可以觀察成品動力鋰電池的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及缺陷。結(jié)合尺寸測量定量分析，為動力鋰電池研發(fā)設(shè)計者及生產(chǎn)制造商提供幫助，優(yōu)化生產(chǎn)流程及制造工藝，為新能源汽車提供安全保障。