萬(wàn)龍精益導控Feli系列電池超聲波檢測系統助力新能源電池產(chǎn)業(yè)升級

北京萬(wàn)龍精益導控技術(shù)有限公司Feli系列電池超聲波檢測系統作為電池無(wú)損原位表征平臺工具正好補充了這一技術(shù)，對于提高研發(fā)工藝、提升生產(chǎn)工藝，提高鋰電池的安全性，助力提高電池良品率都有著(zhù)深遠的影響。

Feli1200電池超聲波檢測系統助力李泓研究員團隊：混合固液鋰離子電池的熱失控行為研究——超聲法監測電解液組分演變（引用： 靳欣，張建茹, 王其鈺, 張銳, 王碧童, 張中洋, 俞海龍, 禹習謙, 李泓， 混合固液鋰離子電池的熱失控行為研究[J]. 儲能科學(xué)與技術(shù), 2024, 13(1): 48-56.）

采用超聲檢測設備對不同循環(huán)周期的樣品進(jìn)行電解液含量情況測定。將不同容量保持率的電池樣品通過(guò)Feli1200型號超聲掃描系統進(jìn)行透射模式掃描測試。

經(jīng)過(guò)超聲檢測分析，結合不同SOH電池的熱失控行為參數，表明該體系電池在循環(huán)使用過(guò)程中電解液不斷減少，而安全性方面(參考熱失控起始溫度和最高升溫速率等參數)則是呈現逐步衰減后提高的情況。因此推測在循環(huán)后期(即70%SOH前后)，大部分電解液轉化成固態(tài)電解質(zhì)，導致熱失控起始溫度升高和最高升溫速率下降，即安全性有所改善。

Feli650電池超聲波檢測系統助力華中科技大學(xué)曹元成團隊鋰電池安全領(lǐng)域新突破：電池熱失控內應力信號演變規律與早期預警技術(shù)—分階段超聲掃查以探究膨脹力來(lái)源

提出了一種基于膨脹力的主動(dòng)安全預警方法，成功地在電池熱失控之前約375秒實(shí)現早期安全預警，并通過(guò)模塊驗證有效防止熱蔓延。該研究為制定及時(shí)、準確的預警策略提供了實(shí)際參考，并為更安全的電池系統的設計提供了指導。相關(guān)研究成果以 “Effect of preload forces on multidimensional signal dynamic behaviours for battery early safety warning” 為題發(fā)表在Journal of energy chemistry上.

分階段超聲掃查以探究膨脹力來(lái)源 圖3(a-1)、(b-1)和(c-1)描繪了實(shí)驗前的基準超聲掃查圖像。同時(shí)，圖3(a-2)、(b-2)和(c-2)顯示了膨脹力異常時(shí)電池的超聲掃查圖像。從圖3（a-3）、（b-3）和（c-3）可以看出，電池冷卻后，在2000 N的預緊力下，電池內部可能殘留微量電解液。電池在 4000 和 6000 N 預緊力下的超聲波掃查圖像主要顯示藍色和白色，因此表明在這兩種情況下電池充滿(mǎn)了氣體。分析認為主要是：電池受熱后不斷膨脹，電解質(zhì)蒸發(fā)和氣體產(chǎn)生的副反應是導致膨脹力增加的主要原因。

圖3. 超聲波掃描圖像。(a) 6000N，(b)4000N，(c)2000N；(-1) 加熱前，(-2) 加熱直至 dF/dt = 5 N/s，(-3) 冷卻后。

電池內部產(chǎn)氣表征

鋰離子電池產(chǎn)氣主要分為正常產(chǎn)氣與異常產(chǎn)氣。在電池化成工藝過(guò)程中消耗電解液形成穩定SEI膜所發(fā)生的產(chǎn)氣現象為正常產(chǎn)氣?；呻A段產(chǎn)氣主要為由酯類(lèi)單/雙電子反應產(chǎn)生了H、CO2,C2H4等。異常產(chǎn)氣主要是只在電池循環(huán)過(guò)程中，過(guò)渡消耗電解液釋放氣體或正極材料釋氧等現象，常出現在軟包電池中，造成電池內部壓力過(guò)大而變形、撐破封裝鋁膜、內部電芯接觸問(wèn)題等。實(shí)時(shí)關(guān)注電池內部的產(chǎn)氣情況，在研發(fā)工藝、生產(chǎn)工藝、老化等非常必要，Feli系列電池超聲波檢測系統與充放電機及溫度控制相結合可以實(shí)時(shí)原位無(wú)損地監測電池不同階段的荷電狀態(tài)（SOC）及健康狀況（SOH）。

電池內部電解液表征

利用超聲波在電解液浸潤區域以及浸潤不良區域透射率不同的特性，以超聲透射成像技術(shù)還原了電解液的浸潤及老化情況，從而對電池健康狀況進(jìn)行綜合評估，探究電池失效機制、優(yōu)化電池裝配過(guò)程。

析鋰

析鋰是一種比較常見(jiàn)的鋰離子電池老化失效現象。表現形式主要是負極極片表面出現一層灰色、灰白色或者灰藍色物質(zhì)，這些物質(zhì)是在負極表面析出的金屬鋰。電池內部的鋰源主要來(lái)自正極，且在密閉體系中其總量是不變的，析鋰會(huì )使電池內部活性鋰離子數量減少，出現容量衰減，此外，鋰的沉積會(huì )形成枝晶刺穿隔膜，局部電流和產(chǎn)熱過(guò)大，造成電池安全性問(wèn)題。在電池充電過(guò)程中，活性鋰離子沒(méi)有正常地進(jìn)入電池負極，而是在負極表面達到了還原電位，被還原為單質(zhì)鋰。

利用超聲波在析鋰區域透射率不同的特性，Feli系列電池超聲檢測系統能夠實(shí)現整個(gè)電池中形成鋰枝晶過(guò)程的可視化，從而對電池健康狀況進(jìn)行綜合評估，探究電池失效機制、優(yōu)化電池材料配方、電芯制造工藝、電池使用環(huán)境(包括充放電制度和充放電環(huán)境)等方面。

清華大學(xué)張強等指出影響枝晶生長(cháng)的主要因素為電流密度、溫度和電量，通過(guò)加入電解液添加劑、人造SEI、高鹽濃度電解液、結構化負極、優(yōu)化電池構型設計等措施來(lái)抑制枝晶的生長(cháng)。

電池內部結構變化

電池在裝配中會(huì )因為制造環(huán)境過(guò)程中制造工藝的意外導致出現結構缺陷，如封邊不良、極片折疊、隔膜褶皺、殘留氣體、夾雜等等。

超聲對以上結構缺陷具有敏感性，可以將其反映在掃描成像中。

Feli系列電池超聲波檢測系統設備介紹

Feli 系列電池超聲波檢測系統是一種無(wú)損原位表征手段，廣泛應用于電池生產(chǎn)廠(chǎng)、高校、研究院所，以及電池回收利用等領(lǐng)域，可用于電池研發(fā)實(shí)驗室，生產(chǎn)工藝室、質(zhì)量部、生產(chǎn)過(guò)程的抽檢、出廠(chǎng)檢測、電池安全壽命預測等部門(mén)。

利用聲波對電芯內物理化學(xué)變化的敏感性進(jìn)行原位無(wú)損的成像，進(jìn)而得到電池內部狀態(tài)變化信息。實(shí)現了對電池內電解液浸潤狀態(tài)、副反應產(chǎn)氣、析鋰、固化狀態(tài)、極片缺陷、隔膜褶皺等特征地無(wú)損表征成像。

可實(shí)現多種顯示功能：A掃描波形、B掃描斷面圖、C掃描圖像、D掃描顯示、層析等?？赏ㄟ^(guò)缺陷識別功能統計析鋰面積、氣泡面積、浸潤效果等數據。

相較于傳統電池檢測手段，電池超聲檢測技術(shù)具有效率高、成本小、無(wú)污染且定位精準的特點(diǎn)，為電芯研究、生產(chǎn)、服役、梯次回收提供了有效的原位免拆解表征手段。

該技術(shù)可用于：軟包電池、硬殼電池、固態(tài)電池等 https://www.dklead.com/