关于锂离子电池表征手段之CT技术详解
来源：宝鄂实业
2019-08-22 20:19
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提到CT技术，相信很多人第一时间会联想到医学影像学。的确，CT的发明与医学有很多关系。CT的发明，是医学影响学发展史上的一次革命。
1917年，奥地利数学家雷登（J. Radon）提出可通过从各方向的投影，并用数学方法计算出一幅二维或三维的重建图像的理论。后来，考迈克于1967年完成了CT图像重建相关的数学问题。亨斯菲尔德在英国EMI实验中心进行了相关的计算机和重建技术的研究，重建出图像。1971年诞生了第一台CT装置。
CT是用X射线束对一定厚度的层面进行扫描，由探测器接受透过该层面的X射线，转变为可见光后，由光电转换变为电信号，再经模拟/数字转换器转为数字，输入计算机处理。对于材料学领域，CT的成像原理是根据待测样品内部不同相和成分的密度以及原子系数的不同，对X射线的吸收能力有强有弱从而造成成像的明暗差别，进行不同组分的分析。CT机结构包括X射线发生部分（高压发生器、X线管、冷却系统、准直器和楔形滤过器/板）、X线检测部分（探测器，模数、数模转换器）、机械运动部分（扫描机架、滑环）、计算机部分（主机及阵列处理器）及图像显示和存储部分（监视器、存储器）、工作站等。
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CT的应用领域
CT的应用领域广泛。如上所述，CT广泛应用于生命科学、医学领域。安检领域也随处可见CT的影子，随着世界范围内的各类恐怖袭击事件的不断发生， 爆炸物检测领域正在成为CT技术应用的重要方向。此外，CT也被越来越多地应用于工业领域，用于进行问题侦查、不合格分析、复杂结构的组装检测、高级物料研究等。近些年，CT也在新能源领域，如锂离子电池、燃料电池、固态电池方面，正逐渐开辟它的应用新天地。CT技术研究含硅合金负极的软包电池容量衰减机理
Berckmans借助X射线CT技术，研究了含硅合金负极的软包电池容量快速衰减的原因，发现电极层之间出现明显的机械变形。推测主要是因为在电化学循环过程中，FEC分解产生了较多的CO2气体。FEC与电解液反应，生成LiF，有助于形成更稳定的SEI膜，能增加循环稳定性，但是同时会产生CO2气体。CO2气体会阻碍锂离子的传输，造成活性表面积损失，电池容量降低。产气量过大，使用FEC的负效应超过正效应。
随后作者试图采用外加压力的方式降低FEC的分解速率，发现放电容量增加19%。此外，测试结束后没有看到电池出现鼓胀现象，表明施加外压能降低FEC的消耗速率。因此，在设计含硅材料的电池时，外压是需要考虑的关键参数之一。
3.4 CT技术用于区分锂离子电池中的活性相和非活性相
Litster等采用纳米X射线CT技术，为锂离子电池正极材料钴酸锂构建三维图像，区分活性材料、导电剂、粘结剂和孔的独立体积。从三维重构图中得知添加剂和活性材料的形态参数，包括两者接触面积的分布。采用该方法，能更好理解电极的电流分布和结构完整性。
a)活性物质表面积分布。b)活性物质和添加剂之间接触面积的变化。
3.5 CT技术用于分析电池老化
Figgemeier等采用纳米X射线CT技术，对新电池和老化电池进行对比分析，确定循环后的结果变化。X射线CT成像表明，有机残留物和沉积物是老化电池负极孔隙率降低的主要原因。在正极一侧观察到颗粒粉碎和集流体腐蚀现象。以上现象，可能是导致电池容量降低和阻抗增加的原因。锂离子分布的量化分析表明，电池容量衰减归因于可循环锂的损失，这部分损失的锂富集在负极的表面。
