电池光纤原位检测系统及方法与流程

本发明涉及一种电池检测系统，尤其是一种电池光纤原位检测系统及方法，属于光纤传感和电池管理领域。

背景技术：

金属锂具有非常高的理论比能量(3860mahg^-1)和相对低的电化学电势(-3.04v)，与相应的正极材料相匹配后组装的电池具有最高的理论比能量密度。因此金属锂电池也被认为是最有潜力突破目前锂离子电池能量密度瓶颈的候选材料之一。但是到目前为止，金属锂作为负极在二次电池体系中的应用却始终没有大规模商品化，主要原因在于锂金属锂二次电池充放电时，锂会不均匀地在电极上表面上溶解-沉积。这种不均匀的溶解-沉积过程会形成枝晶，当枝晶生长到一定的程度，容易刺穿隔膜导致电池短路，继而引发电池起火爆炸等安全事故。但是由于金属锂用于二次电池负极材料具备独特优势，金属锂二次电池负极研究仍具有重要发展潜力。

金属锂二次电池的枝晶生长是影响锂离子电池其安全性和稳定性的根本问题之一，锂枝晶的生长会导致电池内部的温度、压力发生关联性的变化。但是，当前电池的温度、压力监测主要采用外置传感探头或模型推演的方式获得电池在某个阶段下的状态数据，最为重要的是当前检测技术无法实现对于电池内部锂枝晶生长的原位、无损的监测。，因而分析监测枝晶的生长对于电池有非常重要的的意义。但是，由于金属锂具有非常高的反应活性，现在常规的表征的技术手段利用高能射线(中子、电子、x射线)辐照会对金属锂的原始状态产生破坏，而且设备的成本和尺寸也严重限制了其应用。因此，开发新型电池光纤原位检测技术，迫切需要实现电池内部锂枝晶生长、温度/压力演化过程的实时、原位、无损的检测。此外，钠电池、锌电池等以金属为负极的电池也具有广阔的商业价值，但是同样也面临着枝晶生长的问题，本方法也对其安全性能监测具有很好的意义。枝晶生长带来的安全问题是此类电池实用化过程中面临的最重要问题。因此，开发新型电池枝晶生长原位检测技术意义重大。

技术实现要素：

本发明的目的是为了解决上述现有技术的缺陷，提供一种电池光纤原位检测系统，该系统利用光纤这种兼具传感与通信功能的纤维载体以及具有抗电磁干扰的特性，在不影响电极表面电磁特性的前提下，利用光学手段获取电学信息，将微型的光纤传感器植入电池内部，即可实现对电池内部枝晶生长状况(如尺寸、速度、结构、形貌等信息)的实时原位检测，为由枝晶生长引起的电池安全隐患提供提早预警，为电池的开发提供有力的手段；此外，还可同时检测电池内部的电量、温度和压力信息，具有抗电磁干扰、不带电、低传输损耗、多点复用的特点，可实现对电池组内多个电池的实时、远程、多参量、网络化原位监测。

本发明的另一目的在于提供一种电池光纤原位检测方法。

本发明的第一个目的可以通过采取如下技术方案达到：

一种电池光纤原位检测系统，包括光源、光谱仪和光纤传感器，所述光纤传感器为反射式光纤传感器或透射式光纤传感器；

所述光纤传感器为反射式光纤传感器时，光纤传感器的端面镀有反射膜；所述光源和光谱仪分别与环形器/光纤合束器连接，所述环形器/光纤合束器与光纤传感器连接；光源、光谱仪与环形器/光纤合束器之间可选择性加入起偏器和偏振控制器；

所述光纤传感器为透射式光纤传感器时，所述光源、光纤传感器和光谱仪依次连接；也可在连接中选择性加入起偏器和偏振控制器；

所述光纤传感器植入电池内部，与电池内部的其中一个电极或两个电极紧贴，所述电池与充放电装置、外部用电负载或电化学工作站连接。

进一步的，所述光纤传感器包括倾斜布拉格光纤光栅、布拉格光纤光栅、长周期光纤光栅、单模光纤-多模光纤-单模光纤干涉器件、单模光纤-无芯光纤-单模光纤干涉器件和微纳光纤器件的其中之一。

进一步的，所述倾斜布拉格光纤光栅的倾角小于45度，且倾斜布拉格光纤光栅的轴向长度小于20mm。

进一步的，所述倾斜布拉格光纤光栅的模式有效折射率与电池的电解液相匹配。

进一步的，所述光源的输出光谱为1200～1800nm，光源输出光谱的范围与倾斜布拉格光纤光栅透射光谱的包络范围相匹配。

进一步的，所述光纤传感器表面镀一层纳米涂层、二维材料、过渡金属氧化物、半导体薄膜或纳米结构材料，用于增强光纤传感器的比表面积和枝晶检测灵敏度。

进一步的，所述光纤传感器表面覆盖一层惰性的纳米薄膜，用于防止电解液或电极与光纤传感器之间发生反应；

或所述光纤传感器表面镀一层纳米涂层后覆盖一层惰性的纳米薄膜，用于防止电解液或电极与纳米涂层之间发生反应；

或所述光纤传感器表面镀一层纳米结构材料后覆盖一层惰性的纳米薄膜，用于防止电解液或电极与纳米结构材料之间发生反应。

本发明的第二个目的可以通过采取如下技术方案达到：

一种电池光纤原位检测方法，所述方法包括：将内部刻有倾斜布拉格光纤光栅的光纤传感器植入电池内部，与电池内部的其中一个电极或两个电极紧贴；搭建光纤传感光路，将电池与电化学工作站连接，并将电化学工作站和光谱仪连接到计算机；在电池充放电过程中，与光纤传感器紧贴的电极发生氧化还原反应，当该电极表面生长出枝晶时，该电极表面电解液离子的浓度发生异常变化，从而导致光纤表面折射率的异常变化，折射率的异常变化引起光纤传感器的光谱变化，通过光谱仪实时记录光纤传感器的光谱信息，实现对枝晶生长状态的实时监测。

进一步的，所述实现对枝晶生长状态的实时监测，具体为：通过光谱中包层模式的波长漂移或者光学强度变化，作为枝晶生长状态的定性、半定量和定量评判依据。

进一步的，所述实现对枝晶生长状态的实时监测，具体为：通过光谱中包层模的截止模式的波长漂移或者光学强度变化，作为枝晶生长状态的定性、半定量和定量评判依据。

进一步的，所述通过光谱中包层模的截止模式的波长漂移或者光学强度变化作为枝晶生长状态的定性、半定量和定量评判依据，具体为：光谱中包层模的截止模式的波长漂移或者光学强度变化过程中，不仅出现与电池充放电过程同频率周期的“主峰”信号，而且出现与电池充放电过程双倍频率周期的“次峰”信号，通过分析光学“主峰”和“次峰”信号的强弱，作为枝晶生长状态的定性、半定量和定量评判依据。

进一步的，所述方法还包括：通过光谱仪实时记录光纤传感器的光谱信息，实现对电池内部电量、温度和压力的实时监测。

进一步的，实现对电池内部电量的实时监测，具体为：光谱中包层模的截止模式的波长漂移或者光学强度变化过程仅出现与电池充放电过程同频率周期的“主峰”信号，不出现双倍频率周期“次峰”信号，通过分析光学“主峰”信号的强弱，实现对电池内部电量的定量测量。

进一步的，实现对电池内部温度的实时监测，具体为：通过光谱中包层模的纤芯模式的波长漂移或者光学强度变化，作为电池内部温度的定性评判依据。

进一步的，实现对电池内部压力的实时监测，具体为：对于反射式光纤传感器，通过光纤传感器端头的干涉反射光漂移或者光强变化定量测量电池内部压力；对于透射式光纤传感器，在倾斜布拉格光纤光栅前端或后端加入压力敏感结构，包括光纤干涉腔、微结构光纤、光纤光栅、微纳光纤、光纤耦合结构其中之一的波长漂移、光学强度及相位变化，作为电池内部压力的定性评判依据。

进一步的，所述方法还包括：根据电化学工作站和光谱仪的电池充放电过程的记录，绘制成电学信号和光学信号的曲线图，检测电池充放电过程中电学信号和光学信号的变化全过程。

进一步的，所述搭建光纤传感光路，具体为：对于反射式光纤传感器，光源发出的光经过环形器/光纤合束器后入射到光纤传感器，光纤传感器反射回来的光再经过环形器/光纤合束器输入到光谱仪中；对于透射式光纤传感器，光源发出的光经过光纤传感器输入到光谱仪中；光纤传感器内部的倾斜布拉格光纤光栅将纤芯模式的光耦合至高阶包层模式；

当与光纤传感器紧贴的电极表面生长出枝晶时，包层模式中截止模式的倏逝波光场与光纤传感器表面的电解液离子、枝晶相互作用，并导致光谱的变化，这一现象在光谱仪中显示，截止模式的倏逝波光场体现在光谱仪的反射光谱上是一个衰减包络。

本发明相对于现有技术具有如下的有益效果：

1、本发明的光纤传感器可以为反射式光纤传感器或透射式光纤传感器，把光纤传感器植入电池内部，并与电极表面紧贴以后，电池在充放电过程中，电极表面的电解液的折射率改变会引起光纤传感器输出光谱的规律性变化(一次调制)；而当电极表面出现枝晶生长时，会造成电极表面局域离子浓度异常(二次调制)，从而引起光纤传感器的输出光谱异常，因此通过监测光纤传感器光谱中截止模式的波长漂移移动或者光学强度变化，可实现对电池充放电过程中电极表面枝晶生长的过程和状态的实时原位检测，为开发新型高能量密度电池提供合理和科学的分析。

2、本发明中的光纤传感器尺寸非常小，便于集成到电池内部；并且光纤采用通讯光纤，传输损耗极小，可实现远距离在线原位检测，可广泛应用于日常生活、工业生产、交通运输、航空航天、国防安全等诸多领域，将有很大的发展潜力和市场需求。

3、本发明由于具有传感检测功能的光纤纤芯模式和低阶包层模(ghost模式)对温度和压力敏感，对环境折射率不敏感，因此电池内部温度和压力信息，可通过测量倾斜布拉格光纤光栅的纤芯模式和低阶包层模(ghost模式)的波长漂移和光强变化获得。

4、本发明可以将多个光纤传感器集成在一根光纤内，然后植入电池内部，实现对电池内不同位置、不同参量(电量、温度、压力)的同时获取。

5、本发明可以通过波分复用技术、时分复用技术以及空分复用技术，实现对电池组内每一个电池的实时检测和数据获取，多个光纤传感器公用一个光源和光谱解调仪，实现传感系统的小型化和集成化，降低成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为本发明实施例的电池光纤原位检测系统的原理图。

图2为本发明实施例的光纤传感器的结构图。

图3为本发明实施例的光纤传感器在电池充放电前后的光谱图。

图4a为本发明实施例的光纤传感器植入“生长枝晶”的电池的电化学信号和光学信号图。

图4b为本发明实施例的光纤传感器植入“未生长枝晶”的电池的电化学信号和光学信号图。

图5a为本发明实施例有枝晶生长的电极表面的扫描电子显微镜放大图。

图5b为本发明实施例无枝晶生长的电极表面的扫描电子显微镜放大图。

图6为本发明实施例在不同电流密度下对应的电学输出和光纤传感光谱输出曲线图。

图7a～图7e为本发明实施例不同电流密度下的枝晶生长情况示意图。

图8a为本发明实施例的光纤传感器在锂离子电池中进行检测的不同位置示意图。

图8b为本发明实施例的光纤传感器在锂离子电池中进行检测的不同位置相应的电学输出和光谱变化曲线图。

其中，1-光源，2-起偏器，3-偏振控制器，4-环形器，5-光谱仪，6-光纤传感器，7-电化学工作站，8-工作电极，9-辅助电极，10-参考电极，11-电池，12-负电极，13-正电极，14-倾斜布拉格光纤光栅，15-反射膜，16-倏逝波光场，17-枝晶，18-电解液离子。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例：

倾斜布拉格光纤光栅(tiltedfiberbragggrating，tfbg)，是近些年来光纤传感器的研究热点，用光学方法在光纤纤芯上刻写tfbg，倾斜布拉格光纤光栅可以打破了模式耦合过程的圆柱对称性，促使光从纤芯耦合到不同的包层模。这种光纤光栅传感器的光谱是一个优良的窄带共振峰梳状谱，为监测各种微小的调制变化提供了一个高精度的测量工具。倾斜布拉格光纤光栅的包层模式中的截止模式具有较深的倏逝波光场强度和穿透深度，对环境折射率的变化具有非常高的灵敏度，因此可以利用截止模式实现对外界环境折射率和枝晶生长等进行测量，为电池内部电极表面枝晶的生长提供一种高精度测量手段。

如图1所示，本实施例提供了一种电池光纤原位检测系统，该系统包括光源1、起偏器2、偏振控制器3、环形器4、光谱仪5和光纤传感器6，光源1、起偏器2、偏振控制器3和环形器4依次连接，光谱仪5与环形器4连接，环形器4与光纤传感器6连接，光纤传感器6植入电池11内部，本实施例的电池11内部的两个电极分别为负电极12和正电极13，光纤传感器6与电池11内部的负电极12紧贴，可以理解，光纤传感器6也可与电池11内部的负电极13紧贴，光纤传感器6还可与电池11内部的负电极12和正电极13紧贴；电池11内部的负电极12和正电极13分别与电化学工作站7连接，具体地，负电极12与电化学工作站7的工作电极8连接，负电极13与电化学工作站7的辅助电极9、参考电极10连接，可以理解，电池11除了与电化学工作站7外，还可与充放电装置或外部用电负载连接，都用于对电池11进行充放电。

如图1和图2所示，光纤传感器6为反射式光纤传感器，其内部刻有倾斜布拉格光纤光栅14，且光纤传感器的端面镀有反射膜15，光源1发出的光依次经过起偏器2、偏振控制器3和环形器4后入射到光纤传感器6，光纤传感器6反射回来的光再经过环形器4输入到光谱仪5中，光纤传感器6内部的倾斜布拉格光纤光栅14将纤芯模式的光耦合至高阶包层模式；包层模式中截止模式的倏逝波光场16与光纤传感器表面的电解液离子18、枝晶17相互作用，并导致光谱的变化，这一现象在光谱仪5中显示，截止模式的倏逝波光场16体现在光谱仪5的反射光谱上是一个衰减包络，可见当负电极12表面在充放电过程中生长出枝晶17时，会导致电解液离子18的浓度发生异常变化，从而引起光谱中截止模式的波长漂移或者光学强度改变，其改变量与枝晶17生长程度具有对应关系，因此本实施例的系统所获得光学量能够反应出电池11内部的负电极12表面枝晶17的生长状况，在此过程中，可以通过监测光纤传感器6的纤芯模进行温度校正；本领域技术人员可以理解，环形器4也可以替换为光纤合束器，倾斜布拉格光纤光栅也可以替换为布拉格光纤光栅、长周期光纤光栅、单模光纤-多模光纤-单模光纤干涉器件、单模光纤-无芯光纤-单模光纤干涉器件、微纳光纤器件的其中之一。

进一步地，光纤传感器6表面镀一层纳米涂层(金、银等纳米涂层)、二维材料、过渡金属氧化物、半导体薄膜或纳米结构材料，用于增强光纤传感器的比表面积和枝晶检测灵敏度。

进一步地，光纤传感器6表面覆盖一层惰性的纳米薄膜，用于防止电解液或电极与光纤传感器之间发生反应；或光纤传感器6表面镀一层纳米涂层后覆盖一层惰性的纳米薄膜，用于防止电解液或电极与纳米涂层之间发生反应；或光纤传感器6表面镀一层纳米结构材料后覆盖一层惰性的纳米薄膜，用于防止电解液或电极与纳米结构材料之间发生反应。

上述纳米薄膜，如聚乙烯、聚丙烯、聚四氟乙烯和金刚石等，可以保证光纤传感器和电池的长期稳定工作。

在本实施例中，光源1的输出光谱为1200～1800nm，光源1输出光谱的范围与倾斜布拉格光纤光栅14透射光谱的包络范围相匹配；倾斜布拉格光纤光栅14的倾角小于45度，且倾斜布拉格光纤光栅14的轴向长度小于20mm；倾斜布拉格光纤光栅14的模式有效折射率与电池11的电解液相匹配。

电池11在存储电量(充电)和释放电量(放电)的过程中，电解液内正负离子动态嵌入和脱出电极表面活性材料，并发生氧化与还原反应(充电时发生氧化反应，放电时发生还原反应)，导致负电极12表面离子浓度和局域折射率对应变化；在此过程中，负电极12表面枝晶的生长会引起局域折射率的二次调制(或称为异常变化)；上述两个过程(离子浓度变化与枝晶生长)均可被附着在负电极12表面的光纤传感器6实时、精确测量。

本实施例为了检验所述的直径生长原位检测能力，用电化学工作站对电池进行了充放电，并采用本实施例的系统检测枝晶的生长过程，包括以下步骤：

s1、组装两个电池11，均包含负电极12和正电极13，但是内部电解液不同，一种是易于生长枝晶(浓度4m，lipf6ec:dmc:emc1:1:1,v/v/v)，一种可以抑制生长枝晶(浓度4m，lifsidme)；将两根刻有倾斜光栅的光纤传感器6通过预留的小孔分别植入两个电池11内部，并与负电极12紧贴，此时光源1输出光经过起偏器2后转变成偏振光，通过偏振控制器3将输入的偏振光的偏振方向调节成与倾斜布拉格光纤光栅14写制方向相一致。

s2、搭建光纤传感光路，将电池11与电化学工作站7连接，并将电化学工作站7和光谱仪5连接到计算机，设置好相关参数，并控制室内温度到正常恒定温度。

其中，搭建光纤传感光路，具体为：光源1发出的光依次经过起偏器2、偏振控制器3和环形器4后入射到光纤传感器6，光纤传感器6反射回来的光再经过环形器4输入到光谱仪5中，光纤传感器6内部的倾斜布拉格光纤光栅14将纤芯模式的光耦合至高阶包层模式。

s3、对电池11进行充放电，同时利用光学方法和电学方法检测电池11在充放电过程中电学信号和光学信号的变化全过程。

其中，在电池充放电过程中，负电极12发生氧化还原反应，当负电极12表面生长出枝晶17时，该负电极12表面电解液离子18的浓度发生异常变化，从而导致光纤表面折射率的异常变化，折射率的异常变化引起光纤传感器6的光谱变化，通过光谱仪5实时记录光纤传感器6的光谱信息，实现对枝晶17生长状态的实时监测；此外，还可实现对电池内部电量、温度和压力的实时监测。

进一步地，实现对枝晶生长状态的实时监测，具体为：通过光谱中包层模式的波长漂移或者光学强度变化，作为枝晶生长状态的定性、半定量和定量评判依据；其中，包层模式为包层膜的截止模式，通过光谱中包层模式的波长漂移或者光学强度变化作为枝晶生长状态的定性、半定量和定量评判依据，具体为：通过光谱中包层膜的截止模式的波长漂移或者光学强度变化过程中是否出现明显的“次峰”以及“次峰”强弱，作为枝晶生长状态的定性、半定量和定量评判依据。

进一步地，实现对电池内部电量的实时监测，具体为：光谱中包层模的截止模式的波长漂移或者光学强度变化过程仅出现与电池充放电过程同频率周期的“主峰”信号，不出现双倍频率周期“次峰”信号，通过分析光学“主峰”信号的强弱，实现对电池内部电量的定量测量。

进一步地，实现对电池内部温度的实时监测，具体为：通过光谱中包层模的纤芯模式的波长漂移或者光学强度变化，作为电池内部温度的定性评判依据。

进一步地，实现对电池内部压力的实时监测，具体为：对于反射式光纤传感器，通过光纤传感器端头的干涉反射光漂移或者光强变化定量测量电池内部压力；对于透射式光纤传感器，在倾斜布拉格光纤光栅前端或后端加入压力敏感结构，包括光纤干涉腔、微结构光纤、光纤光栅、微纳光纤、光纤耦合结构其中之一的波长漂移、光学强度及相位变化，作为电池内部压力的定性评判依据。

s4、根据电化学工作站和光谱仪的电池充放电过程的记录，绘制成电学信号和光学信号的曲线图，检测电池充放电过程中电学信号和光学信号的变化全过程。

其中，由于要长时间进行监测，温度或光路中能量的微小扰动可能会对电化学工作站7和光谱仪5的检测结果带来一定的误差，而光纤传感器6的纤芯模仅对温度敏感，而对环境折射率等干扰因素不敏感，因此通过检测光纤传感器6的纤芯模，可实现温度信息的实时测量，通过光纤传感器6的纤芯模波长或幅度漂移量对误差进行校正，进而消除温度变化对检测结果的影响，具有温度自补偿功能。

下面对枝晶检测的基本方法进行说明：

标准通信光纤的直径为125μm，枝晶生长的维度也在微米级别，由于倾斜布拉格光纤光栅是圆柱形的对称结构，对它周围的微小折射率变化都有很大的灵敏度，因此锂电池的电极表面上发生一些离子浓度的变化，可以用光纤来监测，这种变化也能够实时反应在光谱信号上；如图3所示，为植入电池内部的倾斜布拉格光纤光栅的光谱图，光谱由一系列窄线宽的光学模式组成。其中，左侧的截止模式对光纤表面的折射率和枝晶生长较为领命，可以作为探测波长，检测枝晶的生长状态。而光谱长波长处的纤芯模式只局限在光纤的纤芯内部，对外界环境的折射率变化并不灵敏，因此可以用来作温度校准，消除光纤传感器对枝晶生长状态检测过程中温度变化带来的窜扰。

倾斜布拉格光纤光栅传感器(即刻有倾斜布拉格光纤光栅的光纤传感器)对电池枝晶生长状态的检测可以通过监测输出光谱中截止模式的波长移动或者强度的变化来实现；具体地，如图4a所示，为本实施例的光纤传感器植入“有枝晶生长”的电池的电化学信号和光学信号图；而图4b为本实施例的光纤传感器植入“无枝晶生长”的电池的电化学信号和光学信号图；通过对图4a和图4b中电学信号和光学信号的分析对比，很显然，电学信号很难对电极上枝晶的生长做出有效的区分，而对于有枝晶生长和无枝晶生长的电池，采用光纤传感植入方式的光学信号则可以给出不同的反应，例如，对于有枝晶生长的电池，在充放电过程中光学信号可以获得较大的响应幅度，但是对于没有枝晶生长的电池，其光学信号响应幅度较小，我们可以采用光学响应的幅度大小作为枝晶生长状态的定性、半定量、甚至定量评判依据。特殊情况下，光纤传感器的响应步进不仅表现为光学响应信号幅度大小的不同，在充电过程中具有枝晶生长的电极植入光纤的响应信号还会出“次峰”现象，而未生长枝晶电池内所植入的光纤传感器的响应信号中则不会出现明显“次峰”。“次峰”的产生是由于枝晶再电极表面的生长阻碍了锂离子向电极内部扩散的通道，造成了局部离子的聚集而形成。因此，通过检测电池充电过程中植入光纤传感器的输出信号中是否出现明显的“次峰”以及“次峰”强弱，也可以作为评估电池内部枝晶生长状态的定性、半定量、或者定量重要参量。

图5a和图5b为扫描电镜获得的有枝晶生长和无枝晶生长的电极表面的对比图，很明显，通过植入光纤能检测到光学信号幅度较大，且具有“次峰”的电池内电极表面枝晶生长较为密集；而植入光纤检测到光学信号幅度较小，且，且没有“次峰”出现的电池内部电极并未发现明显的枝晶生长。扫描电镜照片可直接从实验上证明所提出电池光纤原位检测系统对电池内部电极表面枝晶生长状态的检测技术方案的可行性。

下面对枝晶生长状态的定量测量进行说明：

采用植入式光纤传感器可实现对枝晶生长状态的定量分析。具体的，例如，在电池充电过程中，枝晶生长状态会受到充电条件的影响，通常情况下大电流充电速度较快，但大电流往往会使枝晶生长相比小电流较快，我们提出的光纤原位检测系统可以实现对枝晶生长不同程度的区分。如图6所示，分别在0.3ma/cm²，0.75ma/cm²，1.5ma/cm²，3ma/cm²，6ma/cm²的电流密度测试条件下，在4mol/l的lipf6ec:dec:emc(1:1:1，v/v/v)电解液中，对金属锂电极表面枝晶的生长与电流密度的关系进行了研究，发现电流密度越大，光谱的强度变化量也越大，同时枝晶生长的也越快越多，因此光纤传感器可实现枝晶生长状态的实时、在线定量分析，不同电流密度下的枝晶生长情况示意图如图7a～图7e所示。

下面对电池内部枝晶生长的空间分辨检测进行说明：

采用光纤原位检测系统和方法可以实现对电池内部枝晶生长空间分布的检测与分析，具体如图8a所示，分别将我们的光纤传感器放在锂离子电池的a(正极)，c(负极)和b(两个电极片的中间位置)来观察输出的光谱信号。在0.5ma/cm2下的充电条件下，在4mol/l的lipf6ec:dec:emc(1:1:1，v/v/v)电解液中，通过图8b的实验检测结果可以发现a和c所输出的光谱变化是相反的关系，并且在b处的离子浓度基本没有太大的波动，说明了锂离子电池的电极表面，一个电极在生长枝晶，那么与之相对的那个电极在溶解枝晶，并且主要是在电极表面发生的离子浓度变化，b处的光谱基本没有变化可能是离子两个电极表面扩散和迁移的过程中，在中点位置处刚好形成了互补，导致光谱输出基本不变。因此，本实施例提出的电池光纤原位检测系统可以实现对电池内部枝晶生长空间分布的检测与分析。

上述以锂电池为例进行说明，但本领域技术人员可以理解，电池还可以为锂金属电池、锂硫电池、钠电池、锌电池等以金属为负极的电池。

本领域技术人员可以理解，上述光纤传感器还可以为透射式光纤传感器，此时光源、光纤传感器和光谱仪依次连接，也可在连接中选择性加入起偏器和偏振控制器。

以上所述，仅为本发明专利较佳的实施例，但本发明专利的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明专利所公开的范围内，根据本发明专利的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都属于本发明专利的保护范围。