锂离子电池一般由正极、负极、正极引线、负极引线、中心管子、隔膜、电解质和电池外壳等组成。电池正极为金属氧化物、掺杂化合物等，电池负极为碳素材料，电池电解液由无机锂盐和有机溶剂组成。锂电池属于二次电池，通过锂离子在正负极之间的移动实现电池的充放电。锂电池工作原理示意如图1所示。

图1 锂电池工作原理示意

锂电池分为柱形锂电池与方形锂电池，又根据电池外包材料的不同分为铝壳锂电池、钢壳锂电池和软包锂电池。

近几年国内外锂电池的安全事故、召回数据表明，锂离子电池的安全事故主要表现为过热、燃烧和爆炸。锂离子电池发生安全事故的主要原因是热积聚或热失控，表现为无法正常、及时散热或压力局部突增，进而导致电池失控，引起起火、爆炸等事故，一定程度上会威胁人身安全。内部材料、制造工艺、非正常使用、使用疲劳等因素均有可能导致电池发生故障。

锂电池的生产包含极片制作、电芯组装、后处理等多个复杂工序，在生产过程中，可能出现划痕、颗粒、边缘破损、极片穿孔等十几种缺陷，因此，在出厂使用前，需要对锂电池进行缺陷检测，评估其安全性能。

笔者将锂电池存在的缺陷分为表面缺陷、电极缺陷以及内部缺陷三部分进行阐述，分别介绍其缺陷种类及其相应的检测方法。

锂电池的表面缺陷主要是由原材料本身受损或仅生产线上受到误碰产生的，其主要表现为划痕、褶皱、鼓包、凹痕、凹坑、针眼、露铝、脏污等，其中针眼、露铝等严重缺陷会影响电池的安全性能。

目前工业上锂电池的表面检测方式以人工检测为主，质检员在强光环境下仔细观察每一块产品的表面，并通过触觉检测锂电池表面的凹痕、凹坑。基于CCD （电荷耦合器件）成像和数字图像处理的机器视觉技术的自动检测技术逐渐成熟，而现阶段表面缺陷的自动化检测仍处于探索阶段，目前比较成熟的产品如SmartRay公司的ECCO 95.020 3D型视觉传感器，可以呈现完整的电池3D模型，其对软包电池表面缺陷的检测结果如图2所示。

图2 软包电池表面缺陷检测结果

锂电池表面缺陷的自动检测技术具有检测速度快、精度高、不会造成二次伤害等优点，但容易受到生产工艺、光照等环境影响。

电极极片的生产工艺复杂，工序繁多，电池质量70%都与极片相关，极片缺陷会直接影响电池的性能，轻则引起电池容量降低、寿命下降，重则导致电池内部发生短路，极片缺陷检测是电池质量检测中的一个重要环节。

极片的制作工序包括收卷、刮粉、对辊、裁片、极耳焊接、贴胶纸、卷绕等环节，在涂料、辊压环节都可能造成极片损伤。锂电池的极片缺陷包括极片断裂、极片漏金属、极片划痕以及褶皱等。

HUBER等提出了一种基于主动热成像法检测锂电池极片缺陷的方法，该方法通过加热电极同侧的电极得到电池热特性与形状之间的关系，可以检测出电池里的点缺陷与颗粒缺陷、得出电极的孔隙率，同时发现孔隙率高的薄膜具有较高的热导率。

SHARP等提出一种基于脉冲热成像技术的锂电池电极质量评估方法，对实验室制造的电极存在的厚度差异和成分差异进行检测。

O'REGAN将图像处理算法与脉冲热像仪配合使用，对实验室创建和模拟的电极膜上气泡和条纹缺陷进行了自动检测。

ETIEMBLE等开发了一种基于X射线照相的方法，建立涂层成分衰减定律，以此评估锂电池电极涂层各点的厚度，随着涂层厚度的逐渐减小，可检测针孔或宽边缺陷。

RAHE等利用高分辨率X射线CT扫描技术研究了汽车锂离子电池的单元电池再使用时阴极颗粒开裂、铝集电器腐蚀、阴极膨胀和样机孔堵塞不均匀等问题，同时研究了电池使用老化问题。

马天翼等研究了微米级计算机断层扫描技术（CT）在锂离子电池内部结构分析中的应用，分别对电极结构断裂、电极褶皱、极片整齐度进行了测试其（检测结果见图3），可见CT成像结果可以对电池内部电极的结构断裂、褶皱、电连接不稳定以及正负极对齐度差等内部结构缺陷进行识别。

图3 电极的计算机断层扫描检测结果

电池内部结构缺陷主要分为两种，一种是电池内部存有异物，一种是电池内部存在过多气体。电池内部异物主要由电池生产过程中的工艺缺陷造成，可采用X射线对其进行检测，由于X射线对于高密度材料敏感，能够检测到的主要是金属异物。电解质存在过多空气主要由封装不良、电池芯内部化学反应、电解质浸润不良等因素造成。

LAMB等使用CT成像技术分析了电池的内部结构，并从环境、温度以及电池结构三个方面分析了锂电池可能存在的短路问题。

马天翼等使用CT扫描技术对电池内部结构进行检测，得到的动力电池密封圈异物CT图像如图4所示，其中异物粒径约为100 μm（异物可能会导致电池密封不严，电解液泄漏）。 

图4 动力电池密封圈异物的CT图像

RHODES等利用声发射技术对锂电池不同材料的电极进行检测，分析电池内部气体的产生情况。

张曼针对锂电池中是否存在空气层缺陷的问题，采用空气耦合超声回执穿透法对锂离子电池进行检测，试验设置采样频率为10 MHz，增益为33 dB，每组采集2584个点，采集若干组数据，计算出的锂电池空耦超声透射波信号最大幅值随气泡缺陷直径的变化曲线如图5所示。

图5 锂电池空耦超声透射波信号最大幅值随气泡缺陷直径变化曲线

黄锴进行了电解液浸润效果的可视化探究，通过浸润过程不同时刻的成像结果，观察电解液在浸润过程中的变化，其超声成像结果如图6所示，图中绿色表示电解液浸润良好，蓝色表示未充分浸润，由图6可见，该方法可用来观测电解液是否充满、判断电池内部是否存在空隙，也可以用来研究注液方式对电解液浸润效果的影响。

图6 电解液浸润过程的超声成像结果

加拿大达尔豪斯大学的JEFF与华中科技大学的沈越等提出了一种基于超声扫描技术研究软包和棱柱型锂离子电池的方法（聚焦超声扫描的原理见图7），利用直径小于1 mm的聚焦超声波束可实现亚毫米级分辨率的检测。该方法通过超声透射波束对电池内部进行原位无损检测，可检测电池内部电解液老化损耗、电解液浸润、固体电解质界面生长、气体分布等情况。

图7 聚焦超声扫描原理示意