萬龍精益導控Feli系列電池超聲波檢測系統助力新能源電池產業升級

• 2024年5月24日 來源：互聯網 1006 63
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鋰離子電池因高能量/功率密度、長循環壽命、高倍率性能等優勢成為了應用廣泛、技術成熟的電化學儲能器件之一。如何使電池這個“黑匣子”內部可視化，且可直觀觀測電池內部實時變化的技術非常必要。

北京萬龍精益導控技術有限公司Feli系列電池超聲波檢測系統作為電池無損原位表征平臺工具正好補充了這一技術，對于提高研發工藝、提升生產工藝，提高鋰電池的安全性，助力提高電池良品率都有著深遠的影響。

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]. 儲能科學與技術, 2024, 13(1): 48-56.）

采用超聲檢測設備對不同循環周期的樣品進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Feli1200型號超聲掃描系統進行透射模式掃描測試。

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經過超聲檢測分析，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使用過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。因此推測在循環后期(即70%SOH前后)，大部分電解液轉化成固態電解質，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曹元成團隊鋰電池安全領域新突破：電池熱失控內應力信號演變規律與早期預警技術—分階段超聲掃查以探究膨脹力來源

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

分階段超聲掃查以探究膨脹力來源 圖3(a-1)、(b-1)和(c-1)描繪了實驗前的基準超聲掃查圖像。同時，圖3(a-2)、(b-2)和(c-2)顯示了膨脹力異常時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了氣體。分析認為主要是：電池受熱后不斷膨脹，電解質蒸發和氣體產生的副反應是導致膨脹力增加的主要原因。

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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。

電池內部產氣表征

鋰離子電池產氣主要分為正常產氣與異常產氣。在電池化成工藝過程中消耗電解液形成穩定SEI膜所發生的產氣現象為正常產氣。化成階段產氣主要為由酯類單/雙電子反應產生了H、CO2,C2H4等。異常產氣主要是只在電池循環過程中，過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大而變形、撐破封裝鋁膜、內部電芯接觸問題等。實時關注電池內部的產氣情況，在研發工藝、生產工藝、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時原位無損地監測電池不同階段的荷電狀態（SOC）及健康狀況（SOH）。

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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還原了電解液的浸潤及老化情況，從而對電池健康狀況進行綜合評估，探究電池失效機制、優化電池裝配過程。

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析鋰

析鋰是一種比較常見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，這些物質是在負極表面析出的金屬鋰。電池內部的鋰源主要來自正極，且在密閉體系中其總量是不變的，析鋰會使電池內部活性鋰離子數量減少，出現容量衰減，此外，鋰的沉積會形成枝晶刺穿隔膜，局部電流和產熱過大，造成電池安全性問題。在電池充電過程中，活性鋰離子沒有正常地進入電池負極，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現整個電池中形成鋰枝晶過程的可視化，從而對電池健康狀況進行綜合評估，探究電池失效機制、優化電池材料配方、電芯制造工藝、電池使用環境(包括充放電制度和充放電環境)等方面。

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

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電池內部結構變化

電池在裝配中會因為制造環境過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。

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Feli系列電池超聲波檢測系統設備介紹

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Feli 系列電池超聲波檢測系統是一種無損原位表征手段，廣泛應用于電池生產廠、高校、研究院所，以及電池回收利用等領域，可用于電池研發實驗室，生產工藝室、質量部、生產過程的抽檢、出廠檢測、電池安全壽命預測等部門。

利用聲波對電芯內物理化學變化的敏感性進行原位無損的成像，進而得到電池內部狀態變化信息。實現了對電池內電解液浸潤狀態、副反應產氣、析鋰、固化狀態、極片缺陷、隔膜褶皺等特征地無損表征成像。

可實現多種顯示功能：A掃描波形、B掃描斷面圖、C掃描圖像、D掃描顯示、層析等。可通過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，電池超聲檢測技術具有效率高、成本小、無污染且定位精準的特點，為電芯研究、生產、服役、梯次回收提供了有效的原位免拆解表征手段。

該技術可用于：軟包電池、硬殼電池、固態電池等 https://www.dklead.com/

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