动力电池穿刺实验可作为测试其机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电池热失控方面，对电池内部结构的影响却极少被讨论，而内部结构对于电动汽车和电池的安全设计和事故分析尤为重要。

中国汽车技术研究中心的马天翼博士及其研究团队，利用三英精密的X射线显微CT设备，实现了对穿孔后18650NCM电池内部结构的无损检测，同时结合力学分析和仿真研究了穿刺速度对电池内部结构的影响。文章发表在Elsevier期刊Journal of Power Sources上。

三英精密的nanoVoxel-4000系列属于高功率显微CT系统，采用高电压开放式微焦点射线源和高灵敏度探测器，该系统可实现对密度较大的金属样品内部结构的高清晰度成像。文章中依托CT扫描图像，再结合SEM扫描及XRD成分分析，实现了在穿刺实验中，对18650NCM电池内部结构和电极材料演变的观测。

Fig.1. (a)NCM电池充放电形式；(b)~(d)穿刺速度分别为0.1mm/s、10mm/s及100mm/s时，电池电压和温度的变化，结果表明，穿刺速度的增大加速了电池的热失控。

Fig.2.穿刺后电池内部结构的CT图像：(a)~(d)为穿刺电池3D、XZ方向、YZ方向及XY方向的CT图像；(e)~(p)分别在穿速为0.1mm/s、10mm/s、100mm/s时，电池3D、XZ方向、YZ方向及XY方向的CT图像：从XZ、YZ方向看，钢针会把周围的电极推向穿刺的方向，从XY方向看，穿速越快，电极的变形程度越大。

Fig.3. (a)穿刺示意图：最外侧黑色圈为电池外壳，深紫色圈为正极极片，浅紫色圈为负极极片，浅绿色为钢针；(b)~(d)穿速不同时，钢针所受的力随时间的变化。

Fig.4.钢针穿刺前后，电池内部结构的比较：(a)穿刺实验前：CT图像明暗度是由材料的密度决定的，亮度越大，密度越大，低亮度区域表示负极材料和铝集流体，高亮度区域表示正极材料和铜集流体，电池内部最暗区域表示电池的中空部分；(b)穿刺实验后：由于穿刺和热失控引起电池内部结构损伤，空心部分体积增大。

Fig.5.钢针穿刺前后，电池的形态研究：(a)剥离钢壳后的电池电极；(b)电极材料（黑色粉末）的扫描电镜（SEM）图像；(c)~(f) C、Co、Mn和Ni元素的能谱分析（EDS）； (g)电极材料的X射线衍射（XRD）图像。

通过CT检测，马天翼博士等人还发现，穿刺速度会对电池产生两方面的影响：一是，钢针穿透隔膜，导致电池的负极和正极接触，形成内部短路，短路释放大量的热使电池过热，从而致使电池内部呈现云雾状；二是，钢针的穿刺造成内部结构的变形，主要集中在电池的中心部位。

高分辨率显微CT实现了电池内部结构的三维可视化，解决了因拆卸等原因造成的内部结构二次损伤等难题，完美清晰地展示出电池内部的真实情况，一直以来，三英精密致力于为科研工作者提供解决问题的新思路，今后也将继续为各行各业工作人员提供更加有力的助力！

致谢：感谢马天翼博士对本文的修改和指导！

目前对18650锂电池横截面全视野的CT扫描，可以获得下图所示的清晰程度：