万龙精益导控Feli系列电池超声波检测系统助力新能源电池产业升级

锂离子电池因高能量/功率密度、长循环寿命、高倍率性能等优势成为了应用广泛、技术成熟的电化学储能器件之一。如何使电池这个“黑匣子”内部可视化，且可直观观测电池内部实时变化的技术非常必要。

北京万龙精益导控技术有限公司Feli系列电池超声波检测系统作为电池无损原位表征平台工具正好补充了这一技术，对于提高研发工艺、提升生产工艺，提高锂电池的安全性，助力提高电池良品率都有着深远的影响。

Feli1200电池超声波检测系统助力李泓研究员团队：混合固液锂离子电池的热失控行为研究——超声法监测电解液组分演变（引用： 靳欣，张建茹, 王其钰, 张锐, 王碧童, 张中洋, 俞海龙, 禹习谦, 李泓， 混合固液锂离子电池的热失控行为研究[J]. 储能科学与技术, 2024, 13(1): 48-56.）

采用超声检测设备对不同循环周期的样品进行电解液含量情况测定。将不同容量保持率的电池样品通过Feli1200型号超声扫描系统进行透射模式扫描测试。

经过超声检测分析，结合不同SOH电池的热失控行为参数，表明该体系电池在循环使用过程中电解液不断减少，而安全性方面(参考热失控起始温度和最高升温速率等参数)则是呈现逐步衰减后提高的情况。因此推测在循环后期(即70%SOH前后)，大部分电解液转化成固态电解质，导致热失控起始温度升高和最高升温速率下降，即安全性有所改善。

Feli650电池超声波检测系统助力华中科技大学曹元成团队锂电池安全领域新突破：电池热失控内应力信号演变规律与早期预警技术—分阶段超声扫查以探究膨胀力来源

提出了一种基于膨胀力的主动安全预警方法，成功地在电池热失控之前约375秒实现早期安全预警，并通过模块验证有效防止热蔓延。该研究为制定及时、准确的预警策略提供了实际参考，并为更安全的电池系统的设计提供了指导。相关研究成果以 “Effect of preload forces on multidimensional signal dynamic behaviours for battery early safety warning” 为题发表在Journal of energy chemistry上.

分阶段超声扫查以探究膨胀力来源 图3(a-1)、(b-1)和(c-1)描绘了实验前的基准超声扫查图像。同时，图3(a-2)、(b-2)和(c-2)显示了膨胀力异常时电池的超声扫查图像。从图3（a-3）、（b-3）和（c-3）可以看出，电池冷却后，在2000 N的预紧力下，电池内部可能残留微量电解液。电池在 4000 和 6000 N 预紧力下的超声波扫查图像主要显示蓝色和白色，因此表明在这两种情况下电池充满了气体。分析认为主要是：电池受热后不断膨胀，电解质蒸发和气体产生的副反应是导致膨胀力增加的主要原因。

图3. 超声波扫描图像。(a) 6000N，(b)4000N，(c)2000N；(-1) 加热前，(-2) 加热直至 dF/dt = 5 N/s，(-3) 冷却后。

电池内部产气表征

锂离子电池产气主要分为正常产气与异常产气。在电池化成工艺过程中消耗电解液形成稳定SEI膜所发生的产气现象为正常产气。化成阶段产气主要为由酯类单/双电子反应产生了H、CO2,C2H4等。异常产气主要是只在电池循环过程中，过渡消耗电解液释放气体或正极材料释氧等现象，常出现在软包电池中，造成电池内部压力过大而变形、撑破封装铝膜、内部电芯接触问题等。实时关注电池内部的产气情况，在研发工艺、生产工艺、老化等非常必要，Feli系列电池超声波检测系统与充放电机及温度控制相结合可以实时原位无损地监测电池不同阶段的荷电状态（SOC）及健康状况（SOH）。

电池内部电解液表征

利用超声波在电解液浸润区域以及浸润不良区域透射率不同的特性，以超声透射成像技术还原了电解液的浸润及老化情况，从而对电池健康状况进行综合评估，探究电池失效机制、优化电池装配过程。

析锂

析锂是一种比较常见的锂离子电池老化失效现象。表现形式主要是负极极片表面出现一层灰色、灰白色或者灰蓝色物质，这些物质是在负极表面析出的金属锂。电池内部的锂源主要来自正极，且在密闭体系中其总量是不变的，析锂会使电池内部活性锂离子数量减少，出现容量衰减，此外，锂的沉积会形成枝晶刺穿隔膜，局部电流和产热过大，造成电池安全性问题。在电池充电过程中，活性锂离子没有正常地进入电池负极，而是在负极表面达到了还原电位，被还原为单质锂。

利用超声波在析锂区域透射率不同的特性，Feli系列电池超声检测系统能够实现整个电池中形成锂枝晶过程的可视化，从而对电池健康状况进行综合评估，探究电池失效机制、优化电池材料配方、电芯制造工艺、电池使用环境(包括充放电制度和充放电环境)等方面。

清华大学张强等指出影响枝晶生长的主要因素为电流密度、温度和电量，通过加入电解液添加剂、人造SEI、高盐浓度电解液、结构化负极、优化电池构型设计等措施来抑制枝晶的生长。

电池内部结构变化

电池在装配中会因为制造环境过程中制造工艺的意外导致出现结构缺陷，如封边不良、极片折叠、隔膜褶皱、残留气体、夹杂等等。

超声对以上结构缺陷具有敏感性，可以将其反映在扫描成像中。

Feli系列电池超声波检测系统设备介绍

Feli 系列电池超声波检测系统是一种无损原位表征手段，广泛应用于电池生产厂、高校、研究院所，以及电池回收利用等领域，可用于电池研发实验室，生产工艺室、质量部、生产过程的抽检、出厂检测、电池安全寿命预测等部门。

利用声波对电芯内物理化学变化的敏感性进行原位无损的成像，进而得到电池内部状态变化信息。实现了对电池内电解液浸润状态、副反应产气、析锂、固化状态、极片缺陷、隔膜褶皱等特征地无损表征成像。

可实现多种显示功能：A扫描波形、B扫描断面图、C扫描图像、D扫描显示、层析等。可通过缺陷识别功能统计析锂面积、气泡面积、浸润效果等数据。

相较于传统电池检测手段，电池超声检测技术具有效率高、成本小、无污染且定位精准的特点，为电芯研究、生产、服役、梯次回收提供了有效的原位免拆解表征手段。

该技术可用于：软包电池、硬壳电池、固态电池等 https://www.dklead.com/