超声波“透视眼”无损检测软包电池

超声波扫描仪原理说明

锂离子电池是移动电子、电动汽车和大型储能站中最成功的储能装置。然而，锂离子电池在能量密度、循环寿命和安全性等方面仍面临挑战。近年来，许多新的表征方法被应用于锂离子电池的研究中，然而能够表征软包电池内部结构的无损原位检测方法仍然少见。目前，迫切需要廉价、方便、快速的表征方法来研究锂离子电池内电解质和气体的相关变化，这将有利于提高锂离子电池的安全性。

近日，加拿大达尔豪斯大学教授Jeff. R. Dahn、华中科技大学教授黄云辉和副教授沈越合作在《焦耳》上发文，研究利用自行设计和制造的新型超声波扫描机，测量软包电池的局部超声透射率，并将其用于成像。通过这种超声成像技术能够清楚地观察到电池的润湿过程，可作为一种非常灵敏的探测锂离子软包电池失效机制的方法。

根据论文内容，超声波从一侧的聚焦换能器发射，穿透电池，并被另一侧的另一个换能器接收。在聚焦超声束路径上，材料物理性质的变化会影响传输的超声波信号。由于超声波是一种机械波，它需要一种介质来传播。电池中的电极可以看作是紧密堆积的微粒，当电极干燥时，超声波只能通过粒子间的直接接触传播。这些不规则粒子会产生大量的反射和折射，导致超声信号的快速衰减。超声波的大部分能量被这些粒子之间的摩擦所消耗。但是，如果电极被电解液润湿，电解液可以作为声波的介质，为超声波传播提供额外的路径。因此，超声成像对锂离子电池的润湿状态非常敏感，可以用来研究锂离子电池的干燥和“未浸润”。

研究人员开发的超声波成像技术是一种非常有用的无损检测方法，可以用来检查软包电池内电解质和/或气体的状态。超声波透射成像可以快速确定电池的最小电解液注入量和润湿时间，有助于优化电池制造工艺。因此，该技术可用于研究电池老化，并在不拆卸电池的情况下找到电解液干涸或“未润湿”的证据。

相关论文信息：https://doi.org/10.1016/j.joule.2020.07.014