瑞典隆德大學和英國倫敦大學學院的科學家們使用4D計算機輔助的X射線斷層掃描(XCT)成像技術可視化硅基電極的第一次鋰化過程。硅基電極在鋰化過程中會出現劇烈的體積變化，甚至超過300%。

鋰離子電池是一種高容量長壽命環保電池,具有諸多優點，廣泛應用于儲能、電動汽車、便攜式電子產品等領域。隨著社會的發展，各應用領域，特別是電動汽車的發展，對鋰離子電池的比能量、壽命、安全性和價格提出了更高的要求。因此,我們必須更深層次地認識電池中高度復雜的電化學傳輸機制。而正負極極片的微觀結構與電池的電化學性能密切相關，許多科學家致力于研究電極材料以及充放電機理。如果我們能夠在充放電過程中可視化微觀結構的演變，那么，就能更好地理解電池機理，為電池設計優化，甚至開發下一代電池提供有利依據。

計算機輔助的X射線斷層掃描(XCT)成像技術是一種高分辨率、無損傷，非破壞性的成像技術，可以定性和定量分析材料的結構和性能。XCT已被證明可以多尺度上可視化電池各組分的微結構演變，并作為一種有效的工具，可用于診斷電池失效機理。XCT也被用來研究鋰離子電池電極材料的微結構特性。此外，連續的三維圖像就可以形成4D(3D+時間)分析，包括可能的原位檢測和在線檢測(例如電化學測試中XCT成像)。

瑞典隆德大學和英國倫敦大學學院的科學家們使用4D計算機輔助的X射線斷層掃描(XCT)成像技術可視化硅基電極的第一次鋰化過程。硅基電極在鋰化過程中會出現劇烈的體積變化，甚至超過300%。這將導致電池各組件明顯地機械變形，甚至破壞失效。作者期望可視化鋰化過程，認識體積變化的機理。

電池組裝

硅電極對金屬鋰組裝成Swagelok型半電池，電池薄殼是X射線可穿透的PFA塑料。微米Si粉：導電石墨：PVDF=80：10：10(重量比)。以硼硅酸鹽玻璃纖維為隔膜。

電化學和XCT測試

組裝的電池理論容量約為7.45mAh，使用恒電位儀對電池恒流放電。XCT測試使用XradiaVersaMicroXCT-520斷層成像儀。電池以25μA電流恒流放電一定時間，然后每一次放電結束后XCT成像，按這種流程依次放電10次。第一步，放電持續10小時，電極鋰化了3.36%。后續的步驟每次放電持續20小時，每次電極鋰化6.72%。圖2顯示了對硅電極部分鋰化的10步，以及11次XCT測試時刻。

X射線源和檢測器被分別放置在樣品前面和后面距離樣品中心15毫米處，使用4倍目鏡，獲取圖像的像素尺寸為1.7μm。掃描器光源管電壓45kV，每次投影曝光時間30s，每次掃描獲取2001張照片，重建后的體積圖像為16位灰度，2000x2000像素。

DVC的分析

這項研究使用數字體積相關算法(DigitalVolumeCorrelation，簡稱DVC)來量化電池極片和隔膜在鋰化過程中的機械變形。DVC技術是通過分析具有相關關系的兩組三維圖像，獲得物體變形過程中位移場和應變場的計算方法。這種方法能測量出三維圖像變形前后，任意位置的采樣點的位移和應變。