科学家巧用CT扫描 揭示电池内部不能说的“秘密”

电池有成千上万种不同的应用并被广泛使用，从照明器具，手电筒，到移动设备，再到各种家用电器甚至是具有划时代意义的电动汽车。

电池测试和失效分析对于改进设计和确定内部功能的正确运行非常重要。

工业CT数字X射线成像和计算机 X 射线断层扫描检测技术可检查组装后的内部电极排列，并检测是否有任何缺陷。

同时，X 射线检测可以帮助了解阴极和阳极的布局，准确地测量内部线性距离和对准，电气接触的质量，短路和失调的组件等。

我们将铅片或锂片卷在一起，就能形成一种叫做果冻卷的电池。借助 CT（计算机断层扫描）技术，您可以看到电池是否扭曲，是否有任何缺口的材料，并寻找正确的长度和装配。  

CT检测可以帮助识别或发现错位的内部，以及堆叠层的的空洞和/或声音的迹象。借助4维CT技术，通过图片所示，您可以看到电池耗尽和未耗尽时的状况。  还可以检测胶辊集中性，对齐和伸缩情况。

对电池进行四维工业CT扫描

图为当今最先进和“高大上”的4维CT扫描！——重建一个包括时间和运动的完整三维 CT 模型。

锂电池能量高，并且能产生热量。电池采用不锈钢外壳，确保不会泄漏或造成任何伤害。

借助 CT，您可以查看用于封装电池的焊接，确保壁的厚度是正确的，而不是太薄。  如果壁太薄，电池可能会断裂并造成伤害。可准确测量内部线性距离和对齐，电气触点质量、短路和失调组件。

通过北极星成像（NSI）计算机断层扫描技术，100% 的电池检测是可以实现的。  

全面的检测可以在几秒钟内完成，并且每部分的检测会有自动的通过/失败信号输出。  要获得更深入的数据，可以链接到工厂 QC、SPC 或 SCADA 系统。 

图为利用CT扫描进行纽扣电池检测

同时搭配使用最先进的RobotiX全自动x射线CT扫描系统，可批量对电池样件进行扫描，同时使试样装卸变得轻松方便。

图为使用NSI RobotiX全自动X射线CT设备进行电池扫描

科学家巧用CT扫描电池内部，惊奇发现电池性能下降的真相！——固态电池应用

对于电池性能的研究，美国佐治亚理工学院的科学家们就曾使用X射线成像技术观察了解固态锂电池中形成的裂缝。他们认为这一发现会改变人们对固态电池性能的理解，并可能导致更耐用电池的出现。

什么是固态电池及其在新能源汽车上的使用前景：

固态电池是一种可以利用所有固态原件的新型电池设计，因为储能高，而且比液态电池更安全，近年来一直备受关注。然而，要制造出耐用的固态电池并不容易。

固态电池采用不可燃的固态电解质替换可燃性的有机液态电解质，将会大幅提升电池系统的安全性，同时能够更好适配高能量正负极并减轻系统重量，实现能量密度同步提升。可以说很好地弥补了锂离子电池的上述两大技术局限。

今年，世界上最大的汽车制造公司之一大众集团声称将在欧洲建厂生产固态电池，并有望在2024-2025年间实现量产；

而日前美国能源部直接财政拨款910万美元给通用汽车用于研发，并表明其中200万美元要与固态电池开发有关；

8月，蔚来汽车与辉能科技战略合作协议，双方将共同打造采用辉能MAB固态电池包的样车。未来双方将围绕固态电池的生产等展开进一步的合作。

一系列迹象表明，国内外汽车厂商都开始对固态电池加大投入。其根本原因是锂电技术的部分局限性，固态电池的盈利前景巨大。

新能源汽车发生安全事故，其中电池自燃占31%，这让潜在消费者顾虑重重，也影响新能源汽车发展进程的推进。而选用固态电解质，将会有效降低电池自燃风险。

现在各国车企都在大力研发固态电池技术，某种程度上，就是试图用高安全性这个“护城河”，拦截竞争对手，占领更多市场。固态电池技术的突破，将会给包括新能源汽车在内的许多应用领域带来巨大收益，形成至少万亿级规模市场。

而此次美国佐治亚理工学院（George Tech）可谓对全球电池市场进一步的发展起到了推波助澜的左右。实验中，研究人员用固体陶瓷盘作为电解质，紧密地夹在两片固体锂之间，然后将固态电池放在X射线断层扫描设备上，并开始充放电，观察物理退化迹象。在几天时间内，陶瓷盘上逐渐形成网状的裂纹。研究人员发现，这些裂纹即是问题所在，它们在循环过程中阻挡了离子的流动。

佐治亚理工学院的助理教授Matthew McDowell表示，人们通常认为，锂金属和电解质界面处的化学反应，是电池性能下降的原因。现在通过成像可以知道，在这种特殊材料中，影响电池性能的并不是化学反应本身，而是电池内部的裂纹。研究人员认为，这一发现也适用于其他类型的固态电池，有助于打造更耐用的电池结构。

同时McDowell表示：“在普通锂离子电池中，我们用的材料决定了储存能量的多少。纯锂的储量最大，但它与液体电解质不能很好地结合。但是，如果你选用固态锂和固态电解质，那将是召唤能量密度的圣杯。”

（北极星成像工业CT）

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