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電動汽車需要較高的充電和放電率，從而也產生了潛在危險的溫升。在制造過程后，鋰離子電池是密閉的，這使得內部溫度探測極具挑戰性。利用X射線衍射X-ray diffraction，XRD跟蹤集電器膨脹，有望實現內部溫度的無損測量；然而，已知圓柱形的電池內部，經歷了復雜的應變過程。

在此，英國倫敦大學學院T. M. M. Heenan，P. R. Shearing等人基于兩種先進的同步加速器XRD方法，表征了高速率（高于3C）運行鋰離子18650電池的充電狀態、機械應變和溫度：第一，開路冷卻期間的整個橫截面溫度圖，第二，充電-放電循環期間的單點溫度。研究表明，在能量優化電池（3.5Ah）上，20分鐘放電導致了內部溫度高于70°C，而在功率優化電池（1.5Ah）上，更快的12分鐘放電，會導致溫度顯著降低（低于50°C）。

然而，當在相同電流下比較兩種電池時，峰值溫度是相似的，例如，對于兩種電池類型，6A放電導致40°C峰值溫度。為此，操作operando溫度上升，主要是由于熱量積累，受到充電規程（例如，恒定電流和/或恒定電壓）的強烈影響；隨著循環而惡化的機制，因為失效增加了電池電阻。

圖1. 基于X射線衍射X-ray diffraction，XRD – 斷層掃描Computed tomography CT的原位內部溫度圖

總之，一維點和二維測繪測量為操作電池的熱機械特征提供了實質性的見解，然而，可以提取的信息本身就受到限制。進一步解析空間維度(三維)的能力，允許內部測量和熱與電化學變化的機械貢獻解耦。本工作提出了兩種方法來準確地(±3 ^oC)量化商業鋰離子18650在高速(高達10.0 A)運行時的內部溫度，而無需修改或拆卸電池。此外，微小的改變將允許研究其它電池的幾何形狀，例如2170和4680，以及非標準的微觀結構，例如超薄集熱器。

使用XRD-CT的溫度映射顯示，在放電結束時，電池內達到的峰值溫度相對均勻(空間上)，并且該溫度峰值的大小在很大程度上取決于所使用的電流。MCC-XRD溫度映射方法表明，該溫度峰值是由于熱量的積累而達到的，并且受到充電協議(例如使用CC或CC-CV等)的強烈影響。本文還討論了對廢舊電池的影響(例如1000多個循環)，提出了兩個關鍵的不希望出現的情況。第一種，電池不能再承受高電流，因此不能產生大量的焦耳加熱，因此很可能無法保修，需要更換。第二種情況有潛在的安全隱患，在這種情況下，電池仍然能夠接收高電流，但內部電阻也比原始狀態更高，從而產生更多的熱量和更高的內部溫度，可能危及用戶。未來的研究可能會通過實時量化來擴展這些情景，從而為計算建模提供信息，并可能包括表明每種情景概率的統計分析。

圖2. 循環后的內部溫度

Mapping internal temperatures during high-rate battery applications, Nature?2023 DOI:?10.1038/s41586-023-05913-z

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Nature：繪制高倍率電池應用期間的內部溫度圖

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