锂电池作为最成功的电化学储能器件,被广泛应用于新能源汽车、移动电子产品、电网储能等领域,是可持续发展社会中至关重要的一环。锂电池性能的提高,离不开人们对电池工作机制与老化机制的深入研究。然而,商用锂电池通常具有封闭式结构,其保护性外包装能阻碍可见光、红外线、电子束等表征信息载体的透过。这使得锂电池内部结构变化无损表征困难。目前,学术界缺乏有效手段对商用锂电池内部电解液浸润、气体生成、锂枝晶生长、界面物理接触等状态变化进行无损、原位成像分析。为此,本论文提出,开发全新的超声波扫描成像技术,利用声波对电池结构的敏感性进行原位无损的成像,进而得到电池内部状态变化信息。论文主要内容与成果包括以下几个方面:（1）开发了一套针对锂电池研究的超声原位检测成像设备与配套的数据采集分析软件。通过超声聚焦技术与二维扫描成像技术,实现了对电池内电解液浸润程度、副反应产气、析锂、界面接触性等状态变化的亚毫米级无损成像。设备被成功应用于华为、比亚迪、同济大学等知名企业与科研院所的锂电池研究开发中。（2）利用超声技术实现了对电解液浸润状态的无损成像,通过研究不同结构与尺寸下电池注液后的电解液浸润路径与时间,提出了一种电池最少注液量的非经验性确定方法。通过比较化成前的电池浸润不良区域和化成后的电池析锂区域,揭示了电解液浸润不良引发化成过程电池负极析锂的现象。（3）利用超声成像技术展开对锂电池电解液-电极界面副反应展开研究。通过对电池工作过程中电解液-电极界面副反应生成的气体无损成像,研究界面副反应发生程度的强弱,从一个全新的维度对电解液与电极材料间匹配性进行快速评估。并且,通过追踪对界面处析锂引起的副反应产气,实现对电池内析锂时间、程度、区域的无损成像。（4）将超声成像技术应用于锂电池老化过程的研究,提出并观测到了电池老化过程中的“退浸润”现象。证明了“退浸润”是电池深度充放电下容量快速衰减的原因之一,也是无负极锂电池快速死亡的原因之一。进一步地,提出并通过实验观测到了电池循环过程中由电极材料脱嵌锂引起的可逆体积膨胀所导致的周期性“退浸润”效应,为研究人员更加深入的理解电池衰减过程、建立老化模型提供了理论指导与实验支撑。（5）将超声成像技术应用于聚合物固态软包锂电池界面稳定性的研究。发现了流延成型法制备聚合物固态电解质时残余溶剂同金属锂所发生的副反应机制。观测到了热压法制备聚合物固态电解质时,电池界面接触性随热处理时间增加而改善的动态过程。通过对聚合物固态锂电池循环老化中界面接触性的超声成像分析,证明了老化过程中界面电阻上升是由界面的钝化层生长而不是界面间隙形成照成的。