脉冲激光加热用于双层薄膜无损质量评估的潜力：以锂离子电池石墨-铜阳极为例的示范研究

本文探讨了利用脉冲激光加热技术结合应变/温度场分析，实现石墨-铜阳极等双层薄膜材料性能无损评估的创新方法。通过多尺度建模关联材料热力学参数与表面形态特性，结合数值模拟与实验验证，揭示了微观结构特征和环境条件对测量响应的影响，为锂离子电池电极的工业化无损检测（如激光散斑测控技术LSP）提供了新思路。

　　

Section snippets

Material modeling

研究的材料系统由具有不同孔隙度的活性材料层和固体集流体层组成（如图8a所示的石墨-铜阳极）。本小节旨在建立组成材料的热力学性能与形态参数（即层厚度和孔隙率）之间的关联，进而预测材料系统的整体热力学行为。

Material characterization and parameters

第二节提出的建模与模拟框架随后应用于石墨-铜阳极（图8a），并将模拟结果与实验数据进行比较。该类阳极中，集流体层为铜，活性材料层的固相主要由多晶石墨组成，含少量添加剂和粘结剂。通常，这些次要组分的影响可忽略，因此活性材料层可简化为由石墨固体基质和孔隙组成的多孔介质。

Parameter reduction

下文利用第二节提出的建模方法进行参数研究，以深入了解样品特性在热激励下对热力学响应的影响。为降低不必要的复杂性和计算量，我们事先通过量纲分析（参见Cheng和Cheng，2004）并结合模型方程结构，减少了模拟模型的参数数量。表4列出了…

Conclusions

基于力学微观机制的双层薄膜建模方法（应用于石墨-铜阳极）是无损间接测量框架中评估材料性能变化对测量数据影响的有效工具。敏感性研究揭示了微观结构变化引起的应变和温度模式的基本趋势。环境温度和激励参数（如激光功率和脉冲持续时间）等加工参数也被证明对测量响应有显著影响，凸显了在工业环境中实施该方法时严格控制条件的必要性。

CRediT authorship contribution statement

Roland Traxl： 撰写初稿，可视化，方法论，研究，形式分析，数据整理，概念化。Lukas Perfler： 验证，研究，数据整理。Ulana Cikalova： 评审编辑，项目管理，方法论，数据整理，概念化。Lili Chen： 评审编辑，方法论，研究，数据整理。Beatrice Bendjus： 监督，资源，项目管理，资金获取。Roman Lackner： 撰写…