BatTera：利用太赫兹技术进行非破坏性锂离子电池涂层测量

《IEEE Transactions on Mobile Computing》：BatTera: Non-Destructive Lithium-Ion Battery Coating Measurement With Terahertz

本文提出基于太赫兹技术的BatTera系统，通过建立涂层-箔片-涂层的结构数学模型，结合信号处理算法解决电极涂层厚度和折射率同步测量的难题，实验验证在五种电极样品上实现厚度平均误差6.106μm、折射率误差0.230的高精度非破坏性检测。

　　

摘要：

电极涂层测量在实际锂离子电池系统中是一项至关重要的任务，因为电极涂层的厚度和折射率直接反映了电池的质量、能量密度、容量和寿命。在本文中，我们提出了BatTera的设计、实现和评估，这是一个用于精确、高分辨率、无损且安全的电极涂层测量系统，能够同时测量涂层厚度和折射率。BatTera的贡献主要有两个方面。首先，我们建立了一个全面的数学模型，通过深入分析基于“涂层-金属箔-涂层”结构的电极，来表征来自电极涂层两侧的回波信号的到达时间。该模型为测量涂层厚度和折射率提供了理论基础。其次，我们提出了一系列有效的信号处理算法，以解决双面涂层错位和变形干扰等实际问题，从而显著提高了太赫兹信号的信噪比，使BatTera更接近实际应用。我们基于商用太赫兹设备QT-TO1000实现了BatTera，并使用来自全球最大新能源电池制造商之一的五种不同尺寸的阴极电极样品进行了广泛实验。实验结果表明，BatTera的测量精度很高，涂层厚度的平均误差为6.106 μm，折射率的平均误差为0.230 μm。

引言

交通领域的电气化以及更广泛的能源转型以减缓气候变化，极大地增加了全球对电池的需求。2023年，美国电池市场的价值为169亿美元，预计从2024年到2030年的复合年增长率（CAGR）为13.8%。全球电池市场预计到2030年将达到2035吉瓦时（GWh），增长幅度将超过当前规模的2.5倍。锂离子（Li-ion）电池以其高能量密度、轻量化设计和长寿命而闻名，在推动全球经济增长和支持向更加可持续、环保的未来转型方面发挥着关键作用。2023年，锂离子电池市场的规模超过了630亿美元，预计从2024年到2032年的复合年增长率将超过16.5% [1]。