您好, 歡迎來(lái)到化工儀器網(wǎng)
工業(yè)CT在圓柱形鋰離子電池?zé)o損檢測(cè)與充放電原位解析中的應(yīng)用
?
工業(yè)CT技術(shù)的優(yōu)勢(shì)
★無(wú)損檢測(cè)：工業(yè)CT技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)鋰離子電池（以下簡(jiǎn)稱鋰電池）內(nèi)部結(jié)構(gòu)的無(wú)損觀察。
★精確測(cè)量：可以精確測(cè)量電極間的距離，并觀察正極/負(fù)極端子引線的連接狀態(tài)。
★動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)：連接充放電裝置后，能在充放電后觀察電池內(nèi)部結(jié)構(gòu)的變化。
概述
鋰電池作為一種通過(guò)鋰離子在正負(fù)極間移動(dòng)實(shí)現(xiàn)充放電的二次電池，以其低成本和高能量密度在智能手機(jī)、筆記本電腦等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。隨著電動(dòng)汽車(chē)行業(yè)的迅猛發(fā)展，各廠商正致力于研發(fā)更持久的電池技術(shù)以延長(zhǎng)續(xù)航能力。除了續(xù)航能力，安全性也是鋰電池的重要考量因素。制造缺陷，如異物混入和卷繞異常，可能導(dǎo)致短路，引發(fā)火災(zāi)和爆炸。因此，制造條件的設(shè)定和生產(chǎn)檢測(cè)至關(guān)重要。X射線CT系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)的有效工具。
本文介紹了使用X射線CT系統(tǒng)并連接充放電裝置對(duì)柱狀鋰電池進(jìn)行解析的案例。
圖1 微焦點(diǎn)X射線CT系統(tǒng)inspeXio SMX-225CT FPD HR Plus
圓柱形鋰電池的透視分析
圖2展示了21700型鋰電池單體的透視圖像，其對(duì)比度取決于材料對(duì)X射線的吸收差異。透視檢查是一種快速觀察電池內(nèi)部形態(tài)的方法。如圖3所示，電極由負(fù)極、正極和隔膜組成，按照特定順序排列。
圓柱形鋰電池的X射線CT掃描
X射線CT提供了對(duì)鋰電池更深入的分析能力。圖4展示了21700型鋰電池的橫斷面圖像，圖5則為3D圖像。橫斷面圖像中可以清晰區(qū)分負(fù)極和正極以及極耳，而3D圖像則允許部分提取或選擇性顯示特定材料以觀察內(nèi)部結(jié)構(gòu)。
圖4 21700鋰電池的橫斷面圖像
圖5 21700鋰電池內(nèi)部的3D圖像
圖6為21700型鋰電池的橫斷面圖像。展開(kāi)位置如圖6-A中的紫色線所示，展開(kāi)的圓柱體橫斷面圖像如圖6-B所示，可見(jiàn)極耳，放大后可以觀察到其節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)。除了垂直和水平橫截面觀察外，還可以沿著柱狀表面進(jìn)行觀察，因此，可以觀察到電極在軋制前的狀態(tài)。
A表示展開(kāi)位置 B未卷繞橫斷面圖像
圖6 21700 鋰電池的未卷繞橫斷面圖像
電極間距離的精確測(cè)量
圖7和表1展示了電極間各種距離的測(cè)量結(jié)果。除了直接測(cè)量橫斷面圖像上的長(zhǎng)度，如圖8所示，正負(fù)極的間距也可以從灰度值的輪廓線中測(cè)量得出。
圖7 電極間距離測(cè)量結(jié)果
表1 電極間高度和寬度測(cè)量結(jié)果
A：線輪廓線A B：線輪廓線B
圖8基于灰度值線輪廓的距離測(cè)量結(jié)果
充放電裝置
鋰電池在充放電過(guò)程中會(huì)發(fā)生一系列物化反應(yīng)，導(dǎo)致電池老化。研發(fā)過(guò)程中需要評(píng)估電池壽命和老化程度，觀察電池內(nèi)部結(jié)構(gòu)的變化。本裝置允許在充放電過(guò)程中進(jìn)行CT掃描，也可以連接到用戶自行準(zhǔn)備的充放電設(shè)備上。
*3 X射線CT的主要規(guī)格與標(biāo)準(zhǔn)inspeXio SMX-225CT FPD HR Plus相同。
圖9 inspeXio™SMX™-225CT FPD HR Plus，充放電連接系統(tǒng)（示意圖）
充放電后的內(nèi)部結(jié)構(gòu)變化
圖10展示了18650型鋰電池在充放電測(cè)試前后的橫斷面圖像。測(cè)試后的圖像中，紅色框指示的部分顯示了電極的變形，表明即使外觀無(wú)變化，內(nèi)部電極也可能發(fā)生變形。
通過(guò)X射線CT系統(tǒng)可以無(wú)損地觀察到電池的內(nèi)部狀態(tài)。
圖10 18650型鋰電池的橫斷面圖像
結(jié)論
本文介紹了使用X射線CT系統(tǒng)并連接充放電系統(tǒng)對(duì)圓柱形鋰電池進(jìn)行分析的案例。X射線透視適合快速簡(jiǎn)單的觀察和檢查，而X射線CT系統(tǒng)則能提供更詳細(xì)的內(nèi)部狀態(tài)觀察和分析，包括測(cè)量電極間距離和觀察極耳連接部。通過(guò)定制的充放電裝置，可以原位觀察電極的變形過(guò)程。因此，CT系統(tǒng)在研發(fā)、工藝制定和檢測(cè)中扮演著重要角色。
本文內(nèi)容非商業(yè)廣告，僅供專業(yè)人士參考。