動力電池穿刺實驗可作為測試其機械安全性能的重要手段，以往的研究主要集中在穿刺引起的電池熱失控方面，對電池內部結構的影響卻極少被討論，而內部結構對于電動汽車和電池的安全設計和事故分析尤為重要。

中國汽車技術研究中心的馬天翼博士及其研究團隊，利用三英精密的X射線顯微CT設備，實現了對穿孔后18650NCM電池內部結構的無損檢測，同時結合力學分析和仿真研究了穿刺速度對電池內部結構的影響。文章發(fā)表在Elsevier期刊Journal of Power Sources上。

三英精密的nanoVoxel-4000系列屬于高功率顯微CT系統(tǒng)，采用高電壓開放式微焦點射線源和高靈敏度探測器，該系統(tǒng)可實現對密度較大的金屬樣品內部結構的高清晰度成像。文章中依托CT掃描圖像，再結合SEM掃描及XRD成分分析，實現了在穿刺實驗中，對18650NCM電池內部結構和電極材料演變的觀測。

Fig.1. (a)NCM電池充放電形式；(b)~(d)穿刺速度分別為0.1mm/s、10mm/s及100mm/s時，電池電壓和溫度的變化，結果表明，穿刺速度的增大加速了電池的熱失控。

Fig.2.穿刺后電池內部結構的CT圖像：(a)~(d)為穿刺電池3D、XZ方向、YZ方向及XY方向的CT圖像；(e)~(p)分別在穿速為0.1mm/s、10mm/s、100mm/s時，電池3D、XZ方向、YZ方向及XY方向的CT圖像：從XZ、YZ方向看，鋼針會把周圍的電極推向穿刺的方向，從XY方向看，穿速越快，電極的變形程度越大。

Fig.3. (a)穿刺示意圖：最外側黑色圈為電池外殼，深紫色圈為正極極片，淺紫色圈為負極極片，淺綠色為鋼針；(b)~(d)穿速不同時，鋼針所受的力隨時間的變化。

Fig.4.鋼針穿刺前后，電池內部結構的比較：(a)穿刺實驗前：CT圖像明暗度是由材料的密度決定的，亮度越大，密度越大，低亮度區(qū)域表示負極材料和鋁集流體，高亮度區(qū)域表示正極材料和銅集流體，電池內部最暗區(qū)域表示電池的中空部分；(b)穿刺實驗后：由于穿刺和熱失控引起電池內部結構損傷，空心部分體積增大。

Fig.5.鋼針穿刺前后，電池的形態(tài)研究：(a)剝離鋼殼后的電池電極；(b)電極材料（黑色粉末）的掃描電鏡（SEM）圖像；(c)~(f) C、Co、Mn和Ni元素的能譜分析（EDS）； (g)電極材料的X射線衍射（XRD）圖像。

通過CT檢測，馬天翼博士等人還發(fā)現，穿刺速度會對電池產生兩方面的影響：一是，鋼針穿透隔膜，導致電池的負極和正極接觸，形成內部短路，短路釋放大量的熱使電池過熱，從而致使電池內部呈現云霧狀；二是，鋼針的穿刺造成內部結構的變形，主要集中在電池的中心部位。

高分辨率顯微CT實現了電池內部結構的三維可視化，解決了因拆卸等原因造成的內部結構二次損傷等難題，完美清晰地展示出電池內部的真實情況，一直以來，三英精密致力于為科研工作者提供解決問題的新思路，今后也將繼續(xù)為各行各業(yè)工作人員提供更加有力的助力！

致謝：感謝馬天翼博士對本文的修改和指導！

目前對18650鋰電池橫截面全視野的CT掃描，可以獲得下圖所示的清晰程度：