当UCL领导的团队使用复杂的3D成像首次对锂离子电池过热和爆炸进行内外跟踪时会发生什么。
研究背后的科学家说，了解锂离子电池如何发生故障并可能导致事件的危险连锁反应对于改善设计以使其使用和运输更安全非常重要。
每年生产和运输数以亿计的这些可充电电池，因为它们是现代生活不可或缺的一部分，为移动电话，笔记本电脑，汽车和飞机提供动力。尽管电池故障很少发生，但今年早些时候，三家航空公司宣布，在联邦航空管理局测试发现过热电池可能引发重大火灾后，他们将不再在其货机上运送大量锂离子电池。
UCL，ESRF欧洲同步加速器，伦敦帝国理工学院和物理实验室的研究今天在Nature Communications上发表，首次展示了电池内部结构损坏如何实时演变，并提供了如何实现传播到邻近的电池。
第一作者，伦敦大学学院博士生Donal Finegan(伦敦大学学院化学工程学院)说：“我们将高能同步辐射X射线和热成像相结合，以映射两种锂离子电池的内部结构和外部温度的变化。我们需要特别高速的成像以捕获“热失控” – 电池过热并且可以点燃。这是通过ESRF光束线ID15A实现的，其中3D图像可以在几分之一秒内捕获，这要归功于非常高的光子通量和高速成像探测器。“
以前，X射线计算机断层扫描(CT)仅用于分析静态图像后的电池故障机制，并监测正常操作条件下电池的变化。
该团队研究了两个不同的商用锂离子电池内部气层形成，排气和升温的影响，因为它们将电池壳暴露在超过250摄氏度的温度下。
具有内部支撑的电池在热失控开始之前基本保持完整，此时电池内的铜材料熔化，表明温度高达~1000摄氏度。这种热量从电池的内部扩散到外部导致热量逃跑。
相反，没有内部支撑的电池爆炸导致电池的整个盖子脱落并且其内容物被弹出。在热失控之前，紧密堆积的核心坍塌，增加了严重内部短路和邻近物体损坏的风险。
通讯作者Paul Shearing博士(伦敦大学学院化学工程)说：“虽然我们只研究了两种商用电池，但我们的研究结果显示我们的方法在跟踪3D和实时电池损坏方面有多大用处。我们看到的破坏是不太可能的在正常条件下发生，因为我们通过将电池暴露在远远超出建议的安全操作窗口的条件下使电池失效很长时间。这对于我们更好地了解电池故障如何启动和传播至关重要。希望使用我们的方法，可以评估和改进电池安全特性的设计。“
该团队现在计划研究更大样本电池的情况，特别是他们将调查微观水平的变化会导致电池严重故障。
