作者：一气贯长空
计算机断层扫描(CT)技术主要应用于医学领域，对人体内部的健康状态进行检测。随着相关技术，尤其是射线源和检测装置分辨率的发展，微米级X射线计算机断层扫描技术在地质勘探、生物仿生和材料科学等领域逐步应用。 通过对测试样品进行内部结构的全面扫描，根据内部结构的密度差异形成对比度不同的断层图像，从而准确掌握样品内部的孔隙、夹杂、裂纹以及为材料微观结构的三维空间的数量、体积分数、分布等信息，有利于分析材料的缺陷信息与力学性能的关系，辨别缺陷在材料失效中的作用，进而帮助进行失效机理的研究以优化和改善材料的制备工艺。 本文通过计算机断层扫描技术，针对当前锂离子动力电池行业所密切关注的电池寿命问题和安全问题，对锂离子动力电池单体的各项内部结构特征进行了分析。在电池老化程度方面，详细对比了经过不同周期循环后的电池整体内部结构的演变；在电池安全隐患方面，针对电极断裂、电极褶皱、极片对齐度和内部异物等问题在计算机断层扫描图像中的特征
进行了分析，并对经过安全性试验后的电池内部结构进行了分析。
一、试验方法和技术参数
1.1 试验方法
带外衰减
图1为X射线计算机断层扫描试验照片。左侧为Ｘ射线源，中部为测试样品台，右侧为探测器。这3个关键部件均处于屏蔽铅房内部，以确保在测试过程中，试验人员不会受到Ｘ射线的辐射影响。
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图1 X射线计算机断层扫描试验照片
图2为扫描装置原理示意图。如图2(ａ)所示，X射线从射线源发射，穿透测试样品后由探测器中的成像单元接收透过的X射线，转化为数字信号后在计算机中显示图像。18650型锂离子电池获得的计算机断层扫描图像如图2(ｂ)和图
2(ｃ)所示。图2(ｂ)是电池的横截面图像示例，从图中能够清晰地观察到电池内部的卷绕结构。图2(ｃ)是电池的纵截面图像示例，从图中能够观察到电池结构的整体规整度。
图2 X射线计算机断层扫描装置示意图和扫描结果示例
1.2 技术参数
本文所进行的X射线断层扫描分析采用天津三英精密仪器股份有限公司nanoVoxel-4000计算机断层扫描系统。在测试过程中，X射线源电压设置为225kV，分辨率为2μｍ；X射线探测器成像面积为244ｍｍ×196ｍｍ，成像范围为300ｍｍ×450ｍｍ(直径×高度)。X射线计算机断层扫描测试试验条件如表1所示。
表1 X射线计算机断层扫描测试试验条件
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二、结果和讨论
2.1 动力电池单体老化程度无损检测
气相程序升温为探究动力电池在经过长周期循环后内部结构的演变情况，将1＃样品在2C倍率下进行充放电循环，
并在循环一定周数后暂停试验，放电至空电后对电池进行计算机断层扫描，分析其内部结构的变化。图3为测试样品计算机断层扫描纵截面图像。图3(ａ)～(ｄ)分别对应新电池、循环周期为500、1000和2000周的电池。未经过循环的电池内部结构非常规整(图3(ａ))，能够观察到层状的卷绕电极以及电池中央的空隙。循环至500周(图3(ｂ))时，能够观察到内部电
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