蔡司工业CT动力电池单体安全隐患无损检测

 　　本文以蔡司工业CT METROTOM为检测是被通过计算机断层扫描技术，针对当前锂离子动力电池电极断裂、电极褶皱、极片对齐度和内部异物等问题在计算机断层扫描图像中的特征进行了分析，并对经过安全性试验后的电池内部结构进行了分析。

　　2,2.1 结构断裂

　　动力电池会由于出厂缺陷或充放电使用过程导致电极结构发生断裂。电极的断裂一般会出现在电池内部电极的弯折点，例如圆柱电池卷绕电芯的内侧，软包和方壳电池卷绕和堆叠电极的内侧。图5是对某款方形硬壳电池内部电极进行的CT扫描图像。从图5(a)(b)都能够观察到清晰的正负极层状结构，对比度高的层对应正极极片，对比度低的层对应负极极片。

　　图5 动力电池电极结构断裂检测

　　图5(b)是将电极另一处出现结构断裂的部分进行放大的CT图像。如图中箭头指示，在电极弯曲部分的靠内4层，可以观察到颜色较暗的点，表明该点电极密度相比于周围更低，即产生了电极结构断裂，断裂距离约为0.13mm。电极断裂会使断裂点附近的微观结构电连接程度异于其他区域，在充放电过程中会导致电流密度分布不均，造成微量的产热不均和容量损失。由于电极在循环过程中会产生形变，电极的断裂程度有可能由于电极整体形变而扩大，这一假设需要进一步比对验证来证明。

　　2.2.2 电极褶皱

　　在动力电池内部，电极是否发生褶皱可以表征电池内部结构的整体规整水平，与电池的出厂程度和电池的使用程度相关。图6(a)和图6(b) 是对于2只同型号方形硬壳电池进行CT扫描的结果。可以观察到，图6(a)中电极在平铺和弯曲的区域每一层均表现出较高的一致性，电池卷绕中央的空隙也呈现直线型，规整度较高;从图6(b)中可以明显观察到，部分电极存在褶皱，电极整体呈现弯曲状态。

　　图6 动力电池电极褶皱检测

　　图6(c)是褶皱程度大区域的细节图像。大的褶皱长度约为10mm，褶皱弧度约150°，如图6(c)中的圆形所示，褶皱的出现导致了电极内部正负极之间出现空隙，降低了电池正负极的有效接触面积，会在使用过程中 影响电极的反应活性，并增加电池发生内短路的风险。由于褶皱产生的电池内部空隙也会影响电池的容量和内阻，进而影响其产热情况，增加电池模块或系统中单体的一致性差异。

　　2.2.3 极片对齐度

　　电池的极片对齐度差异主要是由于电池出厂 时的工艺水平造成的。对齐度较差的极片会导致正极和负极的不对称，不仅会造成部分容量损失，还会增加电池发生内短路的风险。如对同一型号的多块方壳电池进行扫描，其中对齐度不同的电极区域如图7所示。

　　图7 动力电池极片对齐度检测

　　图中对比度较高的区域为正极，对比度较低的区域为负极。如图中红线所示，以2个扫描区域中长度相同的电极为基准，计算每一条正极极片与基准电极的相对长度，如图7(c)所示。得到图7(a)中正极极片的相对长度标准差为294.38μm，图7(b)中正极极片的长度差异平均值为810.01μm。结果表明，图7(b)中正极极片的对齐度要显著差于图7(a)。极片对齐度的差异不仅会导致电极末端由于正负极接触面的减少降低容量，额外突出的正负极还会有产生内短路的可能性。当电池发生振动、碰撞、跌落 时，对齐度差的电池更有可能由于正负极直接接触而产生内短路，大量放热。

　　2.2.4 电池内异物

　　电池内部异物主要是由于电池出厂的工艺缺陷造成的。由于CT扫描技术对于密度高的材料敏感，能够检测到的主要是金属异物。如图8所示，图8(a)中检测到的是电极中的金属异物，在电极中能够观察到粒径约100μm×200μm的高对比度点，位置处于电池中的2层电极之间，如图中箭头所示。电极中的异物在电池使用过程中很可能造成微区温度过高，产生安全隐患。图8(b)是电池密封圈中存在异物的图像，异物粒径约为100μm。密封圈中的异物可能会导致电池密封不严，在使用过程中产生电解液泄漏的隐患。

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