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            島津企業(yè)管理(中國)有限公司

            工業(yè)CT在圓柱形鋰離子電池?zé)o損檢測與充放電原位解析中的應(yīng)用

            時間:2024-11-25 閱讀:164
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            img1 

             

            工業(yè)CT技術(shù)的優(yōu)勢

            ★無損檢測:工業(yè)CT技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)對鋰離子電池(以下簡稱鋰電池)內(nèi)部結(jié)構(gòu)的無損觀察。

            ★精確測量:可以精確測量電極間的距離,并觀察正極/負極端子引線的連接狀態(tài)。

            ★動態(tài)監(jiān)測: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離子在正負極間移動實現(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、筆記本電腦等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。隨著電動汽車行業(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)以延長續(xù)航能力。除了續(xù)航能力,安全性也是鋰電池的重要因素。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)檢測至關(guān)重要。X射線CT系統(tǒng)是實現(xiàn)這些目標的有效工具。

            本文介紹了使用X射線CT系統(tǒng)并連接充放電裝置對柱狀鋰電池進行解析的案例。

             

            圖片 

            圖1 微焦點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,其對比度取決于材料對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,電極由負極、正極和隔膜組成,按照特定順序排列。

             

            img3 

             

            圓柱形鋰電池的X射線CT掃描

            X射線CT提供了對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)分負極和正極以及耳,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)。

            圖片 

            圖4  21700鋰電池的橫斷面圖像

            圖片 

            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。展開位置如圖6-A中的紫色線所示,展開的圓柱體橫斷面圖像如圖6-B所示,可見耳,放大后可以觀察到其節(jié)點結(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行觀察,因此,可以觀察到電極在軋制前的狀態(tài)。

             

            圖片 

            A表示展開位置                           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量

            圖7和表1展示了電極間各種距離的測量結(jié)果。除了直接測量橫斷面圖像上的長度,如圖8所示,正負極的間距也可以從灰度值的輪廓線中測量得出。

             

            圖片 

            圖7  電極間距離測量結(jié)果

             

            表1 電極間高度和寬度測量結(jié)果

            圖片圖片 

            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量結(jié)果

             

            充放電裝置

            鋰電池在充放電過程中會發(fā)生一系列物化反應(yīng),導(dǎo)致電池老化。研發(fā)過程中需要評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程中進行CT掃描,也可以連接到用戶自行準備的充放電設(shè)備上。

            *3 X射線CT的主要規(guī)格與標準inspeXio SMX-225CT FPD HR Plus相同。

             

            圖片 

            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試前后的橫斷面圖像。測試后的圖像中,紅色框指示的部分顯示了電極的變形,表明即使外觀無變化,內(nèi)部電極也可能發(fā)生變形。

            通過X射線CT系統(tǒng)可以無損地觀察到電池的內(nèi)部狀態(tài)。

             

            圖片 

            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)對圓柱形鋰電池進行分析的案例。X射線透視適合快速簡單的觀察和檢查,而X射線CT系統(tǒng)則能提供更詳細的內(nèi)部狀態(tài)觀察和分析,包括測量電極間距離和觀察耳連接部。通過定制的充放電裝置,可以原位觀察電極的變形過程。因此,CT系統(tǒng)在研發(fā)、工藝制定和檢測中扮演著重要角色。

             

            本文內(nèi)容非商業(yè)廣告,僅供專業(yè)人士參考。

             

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