在电芯领域，有一种有趣的类比。电解液就好比是电芯的“血液”。当电解液无法充分浸润电芯内部，无法实现顺畅流通时，类似于人体中的血淤现象便会出现。这种“血淤”情况会对电芯的各方面性能产生显著的不良影响。

电解液的浸润程度在锂离子电池的性能表现中占据着至关重要的地位，是影响其动力学、循环寿命以及安全可靠性等诸多性能的关键因素之一。良好的浸润效果能够在固液之间构建一个均匀且有利于电化学反应的界面。比如说，在一些先进的电池设计中，优化后的电解液浸润能够显著提高电池的性能表现。这种均匀的界面能够有效地减小正负极材料与电解液之间的界面电阻。同时，它还有助于（Solid Electrolyte Interface）SEI 膜的生成。SEI 膜的稳定形成对于提升电芯的循环稳定性和安全性具有不可忽视的作用。从历史发展的角度来看，随着对电解液浸润研究的不断深入，电池技术也在不断取得突破。

然而，倘若电解液的浸润效果未能达到理想状态，那么所引发的后果堪称严峻至极。在电池进行充放电的整个过程当中，锂离子的传输路径会变得愈发漫长而曲折。这恰似原本平坦通畅的大道，突然间布满了重重艰难险阻。如此一来，便致使锂离子在正负极之间的穿梭效率出现大幅度的降低，进而直接对电芯的动力学性能造成显著的不良影响。

不仅如此，不完全的浸润还极有可能诱发一连串棘手且复杂的问题。就拿活性物质的剥离来说，这就好像是建筑物的根基出现了松动和崩塌。再比如锂枝晶的生长，其如同不断蔓延的荆棘，阻碍着正常的运作。以一些实际发生的电池失效的具体案例作为参照，这些问题一旦显现，便会致使电芯内阻迅速增加，容量急剧降低。

更为令人忧心的是，这种不完全浸润的状况还有可能使得电芯在充放电的过程中产生局部过热的现象。这种局部过热犹如一颗隐藏在黑暗中的炸弹，时刻潜伏着巨大的危险。一旦其失去控制，便可能瞬间引爆，引发火灾和爆炸等极度危险的安全问题。

正因为如此，促使相关行业进一步加大了对电解液浸润等关键技术的研发投入。如今，面对电池安全这一重大挑战，整个行业都在全力以赴，力求通过技术的进步来消除隐患。

.电芯热失控

.电芯热失控时间序

所以，需要电解液浸润改善，电解液的化学成分和物理状态，包括溶剂、溶质、粘度以及表面张力等等方面，都会对其浸润电极的能力产生至关重要的影响[4]。以溶剂为例，不同的溶剂具有不同的极性和介电常数，这会直接影响电解液中离子的解离程度和迁移速率，进而左右电解液浸润电极的效果。溶质的种类和浓度同样不可小觑，它们决定了电解液的离子导电性能和电化学稳定性。

而粘度和表面张力也在其中扮演着关键角色。粘度较高的电解液，其流动性相对较差，在浸润电极的过程中会面临更大的阻力；表面张力较大的电解液，则难以在电极表面充分铺展和渗透。

当电解液与正负极、隔离膜材料不适配时，所产生的问题不容小觑。此时，电解液与材料表面的接触角θ会呈现出比较大的状态（如图所示）。这意味着二者之间的相互作用力相对较小，就如同两个彼此陌生且缺乏默契的伙伴，难以紧密合作。在这种情况下，电解液无法充分浸润整个材料，导致电极表面无法形成均匀有效的离子传输通道。

为了克服这一难题，研发人员通常会采取一系列积极有效的措施。他们会通过精心调整溶剂的种类和比例，选择具有更优性能的溶质，或者巧妙地加入某些特定的添加剂，来改善电解液与电极材料的相容性。比如，在某些新型电解液的研发中，科研人员通过引入具有特殊功能的添加剂，成功地降低了电解液与电极材料之间的界面张力，提高了浸润效果。

通过这些努力，不仅能够显著提高电解液的浸润能力，而且还能有效地提升电芯的使用寿命。从长远来看，这对于推动电池技术的发展，满足日益增长的能源存储需求，具有极其重要的意义。在社会发展的进程中，随着电子设备和电动汽车等领域的快速崛起，对高性能电池的需求与日俱增，提升电解液的浸润能力已成为行业发展的关键突破点之一。从经济角度分析，优质的电解液浸润能力能够降低电池的生产成本，提高产品的市场竞争力，为企业带来更大的经济效益。

电解液与极片的接触角

但是，锂电池整体为封闭式结构，可见光、红外线、电子束等信息载体无法穿透金属外壳，内部状态难以直接观测，无法获知是否存在如电解液浸润不良、产气等影响电池性能，甚至导致安全隐患的因素，极大阻碍了锂离子电池的规模化发展及应用，亟需一种原位、无损的新型表征技术来研究这些结构演变。

需要一种超声波成像技术，从声学角度来表征锂电池内部多相结构变化的检测设备。它可以实现软包电池及方形电池中电解液浸润状况及微量产气的原位无损检测，并能迅速灵敏地反映电解液浸润状态，评价电解液稳定性，检测SEI生长情况，从而对电池的健康状况进行综合评估，为优化电池装配工艺，分析电池失效机制等方面提供了创新性的技术手段和有效途径，有助于实现锂离子电池的安全性预警与故障的及早排除。

色彩在超声扫描透射图像上的含义为：颜色越接近红色，代表超声透过率越高；颜色越接近蓝色，代表超声透过率越低。

电池超声成像原理示意图

不同形貌与粒径的正负极材料、导电碳以及粘结剂等，对电解液的浸润效果各异。通常来讲，材料的比表面积越大，电解液的渗透速率便越快，渗透程度也越佳。故而针对不同的材料，需对相应的电芯生产工艺参数予以调整，以确保电解液得以充分浸润。

在极片层级：压实密度会直接作用于电解液的浸润程度。虽说提高压实密度能够降低电芯内阻，并提升电芯的体积能量密度，然而当极片的压实密度过大时，极片内部的孔隙率将会降低，此状况不利于电解液的浸润与渗透。由此，需要调控适度的压实密度，在获取低阻抗的同时，保障电解液的充分浸润。

在裸电芯层级：裸电芯极片、隔离膜的卷绕张力以及热压定型程度同样会对电解液的浸润产生影响。当裸电芯卷绕热压过紧时，极片与隔离膜的间隙甚小，电解液无法充分浸润至电芯内部，易致使电芯在循环过程中出现中部紫斑、析锂等问题。当裸电芯结构较为松散时，一方面会造成裸电芯入壳艰难，在循环过程中出现电芯变形等异常情况；另一方面会使正负极、隔离膜之间的间隙增大，导致电解液无法在电芯中均匀分布，进而对电芯的性能产生影响。

提升电解液浸润效果最为常规的一种方式乃是调整注液工艺。从注液方式、注液后静置的温度与时间、注液条件等诸多方面着手，能够有效地优化电解液的浸润效果。

譬如，借助真空注液能够增强锂离子电池的电解液浸润性能。于真空环境下实施注液，不但有益于排出电芯内部的气体，而且能够降低气体对于电解液注入的阻碍，促使电解液与极片直接相触，进而缩减浸润时间，增进浸润程度。

注液完毕之后，通常会展开高温静置操作。在高温的条件之下，电解液能够更为良好地渗透至电芯内部以及电极材料的孔隙之中，提升电解液与电极的接触面积以及反应活性。

通过锂离子电池超声扫描仪，凭借其高精度的数据采集能力，能够精准捕捉因锂电池电化学性能以及内部特性变化而引发的超声信号特征参数的细微变化量。这一先进的技术手段，成功地实现了对锂电池内部诸多关键方面变化的原位无损监测。

具体而言，它能够清晰地洞察电解液在电池内部的分布情况。电解液的分布是否均匀，直接关系到离子传输的效率和电池性能的稳定性。同时，对于微量气体的分布，也能做到精确检测。微量气体的产生和分布，往往是电池内部化学反应异常的重要信号。

不仅如此，该扫描仪还能够监测 SEI 膜的生长状况。SEI 膜的质量和生长过程对电池的循环寿命和安全性有着至关重要的影响。此外，对于荷电状态和析锂程度的变化，也能进行实时且准确的监测。

这一技术在多个领域都发挥着极大的作用。在新型电池研发方面，它为科研人员提供了深入了解电池内部机制的有效手段，有助于设计出性能更优、安全性更高的新型电池。在失效机制分析领域，能够帮助准确找出导致电池失效的根本原因，为改进和优化电池设计提供有力依据。

对于极限工况的确定，通过对电池在极端条件下内部变化的监测，可以明确电池能够承受的极限工作条件，为实际应用中的安全保障提供重要参考。在梯次利用筛检方面，能够快速、准确地筛选出性能尚可、具备梯次利用价值的电池，提高资源的利用率，降低成本，推动可持续发展。

综上所述，锂离子电池超声扫描仪在多个关键领域都具有不可忽视的重要性和巨大的应用价值。