锂离子电池是一种高容量长寿命环保电池,具备诸多优点，普遍应用于储能、电动汽车、便携式电子产品等领域。随着社会的发展，各应用领域，尤其是电动汽车的发展，对锂离子电池的比能量、寿命、安全性和价格明确提出了更高的拒绝。因此,我们必需更加深层次地了解电池中高度简单的电化学传输机制。

而正负极极片的微观结构与电池的电化学性能密切相关，许多科学家致力于研究电极材料以及充放电机理。如果我们需要在充放电过程中可视化微观结构的演进，那么，就能更佳地解读电池机理，为电池设计优化，甚至研发下一代电池获取不利依据。

计算机辅助的X射线断层扫描(XCT)光学技术是一种高分辨率、无损伤，非破坏性的光学技术，可以定性和定量分析材料的结构和性能。XCT已被证明可以多尺度上可视化电池各组分的微结构演进，并作为一种有效地的工具，可用作临床电池过热机理。XCT也被用来研究锂离子电池电极材料的微结构特性。

此外，倒数的三维图像就可以构成4D(3D+时间)分析，还包括有可能的原位检测和在线检测(例如电化学测试中XCT光学)。瑞典隆德大学和英国伦敦大学学院的科学家们用于4D计算机辅助的X射线断层扫描(XCT)光学技术可视化硅基电极的第一次锂化过程。

硅基电极在锂化过程中不会经常出现轻微的体积变化，甚至多达300%。这将造成电池各组件显著地机械变形，甚至毁坏过热。作者希望可视化锂化过程，了解体积变化的机理。实验方法电池组装如图1右图，硅电极对金属锂装配成Swagelok型半电池，电池薄壳是X射线可穿透的PFA塑料。

微米Si粉：导电石墨：PVDF=80:10:10(重量比)。以硼硅酸盐玻璃纤维为隔膜。

图1Li-SiSwagelok型电池示意图Swagelok型电池：一种螺纹管接头装配的实验室测试专用锂电池模具电化学和XCT测试装配的电池理论容量大约为7.45mAh，用于恒电位仪对电池恒放逐电。XCT测试用于XradiaVersaMicroXCT-520断层成像仪。电池以25μA电流恒放逐电一定时间，然后每一次静电完结后XCT光学，按这种流程依序静电10次。第一步，静电持续10小时，电极锂简化了3.36%。

先前的步骤每次静电持续20小时，每次电极锂化6.72%。图2表明了对硅电极部分锂化的10步，以及11次XCT测试时刻。图2Si电极恒流锂化过程的部分静电步骤。

电流：25mA，持续20h(第一次10h)，每一步静电之后，展开XCT光学。X射线源和检测器被分别摆放在样品前面和后面距离样品中心15毫米处，用于4倍目镜，提供图像的像素尺寸为1.7μm。

扫描器光源管电压45kV，每次投影曝光时间30s，每次扫瞄提供2001张照片，修复后的体积图像为16位灰度，2000x2000像素。DVC的分析这项研究用于数字体积涉及算法(DigitalVolumeCorrelation，全称DVC)来分析电池极片和隔膜在锂化过程中的机械变形。

DVC技术是通过分析具备涉及关系的两组三维图像，取得物体变形过程中偏移场和突发事件场的计算方法，其基本原理如图3右图。这种方法能测量出有三维图像变形前后，给定方位的取样点的偏移和突发事件。

图3数字体积涉及算法(a)样本节点偏移矢量的示意图，(b)规则的初始网格中由8个邻节点容许的立方亚体积，(c)应力网格中的变形亚体积。

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