锂离子电池作为一种清洁高效的储能介质，在储能领域大规模应用的同时，也伴随着巨大的安全隐患。无论是在电池制造阶段，还是服役阶段，提前发现电池内部缺陷或者失效行为都能有效降低安全事故发生的概率。

常规的拆解检测方法虽然能够直观地观察到电池内部失效后的特征，但是这种检测方法带来的破坏性是不可逆的。

无损检测技术能够在真实的环境和使用工况下对电池实施原位检测分析，具有非破坏性、实时检测等优点，能够精准反馈电池失效、寿命衰减等动态变化过程，有助于进一步优化材料设计、精进电池制造过程、提升电池安全水平。

基于此，本文介绍了针对锂离子电池检测开发的基于X射线成像、计算机断层成像、中子散射技术、超声波探测、电化学阻抗谱等五大类原位无损检测方法，并对各方法的工业化应用前景进行了展望。

1.数字X射线成像

数字X射线系统（DR）是计算机数字图像处理技术与X射线放射技术相结合的一种先进的X射线照相技术。利用X射线穿过物体投射到探测器上，然后探测器将X射线影像信息转化为数字影像信息并同步传输到采集工作站上，最后利用工作站的专业软件进行图像的后处理的一种二维X射线成像表征方法。

DR技术不仅具有检测速度快、探测效率高，X射线辐射剂量小，曝光条件易于掌握等优势，也可以方便地对图像进行存储和后处理。

2.计算机断层成像

计算机断层成像技术（CT）是一种利用X射线穿透物体时的吸收差异来获取图像。通过对被扫描的样品进行多角度的扫描，结合计算机重建技术，生成样品内部的三维结构图像。

在对检测物体无损伤的条件下，它能清晰 、准确、直观地展示被检测物体的内部结构、组成、材质及缺损状况。

在锂电池研究中，可以应用于制造缺陷检测、电池材料的微观结构表征、电池老化机理及失效模式分析等。

图1 圆柱锂电池经过不同循环次数后的CT扫描图像

3. 中子散射

中子散射是通过测量中子被样品散射后能量和动量的变化，来研究物质在原子、分子尺度上的结构和微观运动规律的技术。

中子散射可以探测电池在运行过程中发生的复杂结构和化学过程，进行真正的原位/原位测量，对电池相关元素（如锂）具有高度敏感性。

常见的中子散射相关技术有中子衍射、小角中子散射、中子反射、中子成像及非弹性中子散射等。

国内外研究人员对于中子散射技术在锂离子电池应用方面的研究主要集中于锂电池电极材料中锂离子迁移分布、电解液损耗及分解气化等，通过中子散射相关技术，可以原位、实时、直观快速地监测锂离子电池内部的宏观变化。

图2 首次充电过程中锂在石墨阳极中分布

4.超声波探测

超声波具有比普通声波更高的声压、声速和声强，其穿透力较普通声波要强很多，当超声波遇到两种不同介质的界面或不同密度的材料时，便会在交界面上发生折射或反射，若遇到缺陷，反应在示波器上的图谱会出现明显的峰值变化，因此利用超声波可以对锂离子电池进行无损检测。

超声波检测具有定位准确、检测快速、灵敏度高、成本低等优点，且针对样品中的宏观缺陷、组织结构和力学性能具有良好的评估能力，是一种创新、简单、快速的检测手段。

图3 小型聚合物电池空耦超生检测图片

5.电化学阻抗谱

电化学阻抗谱（EIS）是一种电化学测量手段，在电化学电池处于平衡状态（开路状态）下或者在某一稳定的直流极化条件下，按照正弦规律，施加小幅交流激励信号，研究电化学的交流阻抗随频率的变化关系，称之为频率域阻抗分析方法。

通过测定锂电池的内部电导率（阻抗），可以准确反映锂电池性能、能量损耗、热量等方面信息，从而达到实时监测锂电池的内部状态，及时处理异常情况，提前预警电池老化等情形的目的。

图4 25℃时，不同SOC电池的电化学阻抗谱(a)及其拟合参数(b)

6.其它无损检测方法

除了上述无损检测方法之外，国内外研究人员也将红外、拉曼、核磁、压力传感 、光栅等技术应用于锂电池无损检测中。

无损检测方法对比分析及工业化应用现状

在全球“碳中和”的大背景下，锂离子电池的应用领域不断扩展，应用规模将爆发式增长，但是锂离子电池的安全问题始终是限制其在储能以及其它领域进一步大规模应用的重要原因。

近十几年来，随着研究人员的不断努力，诸如X射线成像技术、超声探测技术等已经成功应用于锂离子电池生产制造过程，这些技术的应用对于锂电池行业整体产品质量的提升起到了关键作用。

同时，中子散射技术、电化学阻抗谱技术等更加先进的动态在线监测技术的开发将进一步丰富锂离子电池无损检测手段，使研究人员更加充分直观地了解锂离子电池内部的动态变化，有助于行业进一步优化材料设计、精进电池制造过程、提升电池安全水平。

但是，锂离子电池组成结构复杂、各组件材质多样化、服役工况复杂多变且充放电过程中电池内部时刻发生着复杂的物理化学变化，锂离子电池的无损检测技术的发展不是单一的，未来必定朝着多功能化、自动化、智能化、数字化、立体化、系列化等方向发展。

来源信息：

作者：权朝明，陈晓文，孟祥飞，等

来源：电源技术

转自：锂能星空研学社