热失控原位CT技术原理与优势

　　热失控原位CT(Computed Tomography，计算机断层扫描)是一种先进的无损检测技术，它结合了同步加速器X射线CT扫描、放射成像以及热成像技术，能够在不破坏电池结构的情况下，实时、动态地追踪锂离子电池在热失控起始和传播过程中内部结构与热行为的演变。

　　技术原理与优势

　　在实验中，电池通常会在测试台上连续旋转，以确保其周圈均匀受热(类似于“烧烤排骨”的原理)。同步加速器产生的高能X射线作为穿透波，由计算机处理生成高度详细的3D断层重建图像。这种技术的z大优势在于无损与实时，让科学家能够像拥有“透视眼”一样，在不切开电池的情况下，清晰观察到热失控发生时内部产生的气泡、短路以及结构坍塌等动态过程。

　　典型实验发现

　　利用该技术，研究人员(如伦敦大学学院团队)对商用锂离子电池(如LG 18650 NMC电池)进行了深度测试，揭示了热失控的内部机理：

　　内部结构损伤：在热滥用期间，电池内部正负极之间的区域(分离器/电解质区域)会产生局部气体，导致电极层发生分层和结构变形，进而引发短路和热失控。

　　结构支撑的作用：内部带有圆柱形钢支撑的电池，在热失控时能更好地防止内部坍塌，外壳保持相对完整;而没有中心支撑的电池，在内部压力迅速上升时会出现严重的结构扭曲，甚至导致电池帽脱落、内容物喷射。

　　温度与排气特征：热失控通常在外壳温度达到约230℃时发生。在排气阶段，由于焦耳-汤普森效应，排出的气体可能会呈现轻微冷却的现象。

　　延伸应用：老化与固态电池研究

　　除了热失控机理，原位CT技术还被广泛应用于评估电池在不同状态下的安全性与失效模式：

　　循环老化电池：结合原位检测，研究发现随着电池循环老化程度的加深，其内部层状结构形变加剧，达到热失控所需的热量减少。同时，老化电池热失控气体的燃爆危险性会显著降低。

　　固态电池界面失效：原位显微CT可搭载变温等工况，模拟电池实际服役环境。通过三维重建，能够清晰观测到不同温度(如40℃与60℃)下，固态电池电极与电解质界面的分解痕迹、粗糙化劣化以及锂枝晶的生长情况。

　　测试服务与影响因素

　　目前，专业的科研测试平台(如科学指南针等)提供原位CT测试服务，可用于模拟变温、压缩、热压烧结等真实工况。其测试周期与费用并非固定，主要受以下因素影响：

　　样品状态：送检样品的数量、规格复杂度以及预处理情况。

　　成像精度：要求的体素分辨率(如纳米级CT成本更高)及全域扫描范围。

　　工况复杂度：单一工况测试较快，而多梯度温度、多次循环加压等复杂原位实验需要分阶段扫描，周期和费用会相应增加。

来源：网络