工业CT扫描技术在不破坏电池的情况下，真实再现内部结构，在新能源领域如锂离子电池、燃料电池、固态电池的质量控制，失效分析，新品研发中，已经成为不可替代的测试手段。
工业CT以二维断层图像或三维立体图像的形式，直观地展示被检测物体的内部结构、材料构成及缺损状况，广泛应用于复合材料的内部缺陷位置及尺寸、密度变化及分布情况等，是内部微观尺寸结构的最佳无损检测技术。
锂电池装配好以后处于密闭性环境，绝大多数锂电池材料对空气中的水和氧敏感，空气中的水和氧会破坏关键材料，运行过程中电池内部变化、装配是否到位无法通过外观检测到，电池拆解过程中存在断路、破坏内部原始状态等隐患，不能直观了解故障原因。传统的检测方法如超声波检测、射线照相检测等测量方法已不能满足要求。
目前锂电池常见的失效表现包括容量衰减、内阻增大、倍率性能降低、内短路、热失控、析锂等。失效原因主要有活性颗粒出现裂纹或破碎、电解液分解或失效、电解液不足、集流体腐蚀或溶解、材料团聚、极片出现偏析等。锂电池复杂的系统组成、制备流程、应用环境是导致失效的多方面原因。由于锂电池封装后是密封状态,无法判断封装后电池的内部实际情况，因此，通过工业CT的X射线断层三维扫描观察锂离子电池的内部结构情况，分析锂离子电池失效可能的原因尤为重要。
电池的装配和封口工艺是影响扣式锂离子电池充放性能的主要因素。在电池装配过程中要用到收口模具密封，难免会因为人工装配不到位导致正负极偏移或虚接等问题。
上图可以看出，负极片明显隆起，负极片与负极盖中之间存在大量空隙，导致电池的负极盖与负极片的虚接，造成电池内阻高或者断路。造成上述失效现象的原因可能是由于电池装配封口不紧；过度消耗电解液释放气体，造成内部压力过大而变形；或者负极片干燥过程水分控制不到位导致的。可以采用调整负极片干燥温度、紧装配来避免上述失效现象的发生。
电解液是锂离子电池关键技术之一，具有良好的离子导电性和电子绝缘性，在正负极之间起着输送粒子传导电流的作用，是连接正负极材料的桥梁。因此如若在装配滴加电解液的过程中电解液分布不均匀，或随着电池充放电次数的增加，电极氧化腐蚀消耗掉一部分电解液导致电解液匮乏。
极片不能完全浸润到电解液中，会导致电化学反应不完全，使得电池容量衰减达不到设计要求，内阻升高，充电电位升高，放电电位下降，循环寿命变短，因此电解液干涸或者分布不均匀是导致电池失效的原因之一。
上图为锂离子电池同一位置不同方向的截面剖视图,可以看出电解液的灰度明显存在差异,电解液不足分布不均匀,部分区域电解液富集、部分区域电解液缺乏,这就导致了锂离子电子容量衰减、内阻增大等问题。进一步分析失效原因，可能是在封装过程中注入的电解液不够或者随着电化学反应电解液消耗过多，从而改善工艺。
借助工业CT技术结合锂离子电池的装配工艺，能更深入地理解材料和电池内部结构，不仅仅局限于对关键材料的失效分析，同时对材料的结构、制备过程、装配工艺等进行综合考虑，及时有效发现电极层之间的机械变形，探知界面区域的变化，从而改进锂离子电池的生产工艺，在锂离子电池的安全性测试与失效分析方面具有良好的应用前景。
本文源自微信公众号：材料与器件检测技术中心
原文标题：《科研干货 | 工业CT在锂离子电池失效分析检测中的应用》
原文链接：https://mp.weixin.qq.com/s/vDD1hbSdMwGfPeElya7iDA
本转载仅出于分享优质测试干货，旨在传递更多观点，并不代表赞同其全部观点或证实其内容的真实性。文章中所包含的图片、音频、视频等素材的版权均归原作者所有。如有侵权请告知删除。
