一种多点式内部温度监控一体化电池的制作方法技术

本发明专利技术涉及一种多点式内部温度监控一体化电池的制作方法，属于锂电池安全监测领域。本发明专利技术的制作方法，首先确定在不同倍率充放电的情况下电池内部最高温度的区域；然后将待制作电池电极的电极材料中的最高温度区域部分处理掉；再将柔性温度传感器粘贴在电极材料中的最高温度区域后封装电池，柔性温度传感器向电池接线端引出检测接口。本发明专利技术的制作方法实现了柔性温度传感器与电池的一体化集成，并且对电池电化学性能基本没有影响。

【技术实现步骤摘要】
一种多点式内部温度监控一体化电池的制作方法
本专利技术涉及一种多点式内部温度监控一体化电池的制作方法，属于锂电池安全监测领域。
技术介绍
锂电池作为一种清洁能源载体，因能量密度高、循环性能好、清洁环保等优点在电子通讯、动力续航等领域应用越来越广。由于锂离子电池具有较高的能量密度，在大电流充放电、滥用或内部缺陷以及低温工作环境等情况下会引起其内部温度陡升。而高温会导致电解液分解，电极材料分解和电池膨胀等严重问题，从而造成爆炸等严重安全事故。电池内部温度可以在表面温度变化的前45-90秒产生热变化信息，因此监测表面温度不足以监测电池安全性。综上所述，电池内部高温是引起锂离子电池失效及安全隐患的重要原因之一。因此，需要发展一种新型能够与锂离子电池兼容的一体化传感设备，可以最大程度降低对锂离子电池性能的影响，还能够实时方便地快速获悉锂电池内部区域的最高温度变化，从而实现实时监测的目的。通过从温度监测到高温预警，保障电池在不同工况下的长寿命、稳定和安全运行。目前，对于锂电池内部温度的监测手段主要是通过接触式热电偶，接触式热电阻以及接触式光纤三种手段。其基本特点都是通过将传感器埋入电池，而后通过传感元件的温度特性来获取电池内部的温度变化信息。但其最大的缺点，一是多为单点监测，且电池内部产热以及热扩散的速率和路径的不同，导致这种内埋方式只能监测到电池内部某个小区域的温度变化信息，无法代表电池内部最高温度信息，降低了对电池内部温度变化的监测效率。二是传感器内置位置直接在电极表面，其特征尺寸会阻碍锂离子在充放电过程中的脱嵌，给电池性能带来影响较大，导致电池容量衰减20％以上。因而无法准确的实时监测电池内部的最高温度变化信息，无法高效的保证电池安全性。综上所述，现有的监测手段都实现对电池内部最高温度的准确实时监测。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决现有技术无法快速、无损、实时的准确监测锂离子电池内部温度变化的问题，而提供一种多点式内部温度监控一体化电池的制作方法。在实现电池正常工作的基础上，对不同工况下电池内部重要区域的温度变化信息进行实时监测。本专利技术的上述目的通过以下技术方案实现：本专利技术的一种多点式内部温度监控一体化电池的制作方法，具体制作过程如下：1)、在的氩气氛围下将一块未内置测温装置的待制作软包电池底端切开，并将隔膜打磨除去，曝露电池电极截面，用光学玻璃对电池电极截面曝露部位进行封口，得到测试电池；2)、用电池充放电设备对测试电池进行不同倍率下的充放电时，采用红外热像仪对测试电池的电极截面曝露进行温度变化采集，确定电极截面中的最高温度区域；3)、在氩气氛围下，采用有机溶剂将待制作电池电极的电极材料中的最高温度区域部分处理掉，使待制作电池电极处理区域的集流体直接裸露，且处理区域的边缘延伸至电池接线端；4)、采用聚酰亚胺制作形状与步骤3)中待制作电池电极的电极材料处理区域形状相匹配的柔性衬底；5)、采用旋涂光刻工艺在柔性衬底的一面光刻有均匀布置的测温点，每个测温点均向柔性衬底的边缘光刻有独立的导线槽，各个测温点处上溅射热敏材料，每条导线槽内溅射导电材料，得到柔性温度传感器；7)、将柔性温度传感器未光刻一面朝下贴合在预处理电池处理区域的集流体上；8)、按照软包电池封装工艺，将待制作电池电极与柔性温度传感器封装，且柔性温度传感器通过各条导线槽内溅射的导电材料向电池接线端引出检测接口；最后经过电池活化工艺后，得到一体化电池。步骤1)和步骤3)所述的处理环境，优选采用水氧含量是<0.1ppm的氩气氛围下进行。加工待制作电池电极处理区域时，可单独在一块待制作电池电极上处理，也可分别对两块待制作电池电极同时处理。步骤3)所述的有机溶剂优选采用1-甲基-2吡咯烷酮(NMP)。所述热敏材料优选采用铂金属，所述导电材料优选采用铜或金。所述柔性温度传感器的总厚度不超过待制作电池电极的电极材料的厚度。有益效果相比于直接测量外部温度或测量内部单点温度而言，本专利技术的方法通过原位实验确定了电池内部最高温度区域，并通过多点式柔性传感器的设计实现实时监测电池内部重要区域的温度信息。基于电池内部电化学环境设计的多点式柔性传感器以及对于电极来说埋入传感器后的“零”厚度变化，实现了与电池的一体化集成，对电池电化学性能基本没有影响。基于不同工况环境对锂离子电池内埋温度传感器进行测试，能够建立一套从温度监测到高温预警的锂离子电池内部温度实时监测技术。附图说明图1多点式柔性温度传感器；图2待制作电池电极与传感器的一体化集成过程示意图；图3为实施例1制作的一体化电池中选取的三个测温点在0.5c倍率下的温度-时间曲线。图中：1-柔性衬底；2-导线；3-检测接口；4-集流体；5-电极材料；6-柔性温度传感器；8-测温点A；9-测温点B；10-测温点C。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术的内容作进一步说明。实施例1以标称容量为150mAh的叠片软包锂电池为制作对象，制作多点式内部温度监控一体化电池，具体制作过程如下：1)、取一块未内置测温装置的150mAh的软包锂电池进行在水氧含量是<0.1ppm的氩气氛围下将其底端用陶瓷刀切开，用2000目的碳化硅砂纸将多余的隔膜打磨除去，曝露电池电极截面，用光学玻璃以及环氧树脂对电池电极截面曝露部位进行重新封口，得到测试电池；2)、用电池充放电设备对测试电池进行不同倍率(0.5c、1c、1.5c、2c)下的充放电时，采用红外热像仪对测试电池的电极截面曝露进行温度变化采集，确定电极截面中的最高温度区域；3)、选取电极材料LiCoO2/集流体铝作为负极，电极材料石墨/集流体铜作为正极，置于真空烘箱内以80℃干燥24小时，得到待制作电池电极。4)、在氩气氛围下，采用NMP将待制作电池正极中电极材料5的最高温度区域部分处理掉，使待制作电池正极处理区域的集流体4直接裸露，且处理区域的边缘延伸至待制作电池正极接线端；5)、取30μm的聚酰亚胺制作形状与步骤4)中待制作电池正极处理区域形状相匹配的柔性衬底；6)、采用旋涂光刻工艺在柔性衬底1的一面光刻有均匀布置的测温点，每个测温点均向边缘光刻有独立的导线槽2，各个测温点处上溅射热敏材料，每条导线槽内溅射导电材料，得到柔性温度传感器6，如图1所示；7)、将柔性温度传感器6未光刻一面朝下贴合在待制作电池正极处理区域的集流体4上；8)、按照叠片软包电池封装工艺，将待制作电池正负极与柔性温度传感器6封装，且柔性温度传感器6通过各条导线槽内溅射的导电材料向电池接线端引出检测接口3，集成过程如图2所示；然后置于45℃恒温条件下，预活化24小时、活化，再小电流充放电的活化后，得到一体化电池。将实施例1得到的一体化电池以0.5c的倍率进行充放电测试，柔性温度传感器6通过检测接口3向外实时传输锂电池内部温度变化信息，图1中柔性温度传感器6的测温点A8、测温点B9和测温点C10在一体化电池充放电过程中，三点测得的温度随时间变化的变化曲线比较图，如图3所示。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多点式内部温度监控一体化电池的制作方法，其特征是：具体制作过程如下：1)、在的氩气氛围下将一块未内置测温装置的待制作软包电池底端切开，并将隔膜打磨除去，曝露电池电极截面，用光学玻璃对电池电极截面曝露部位进行封口，得到测试电池；2)、用电池充放电设备对测试电池进行不同倍率下的充放电时，采用红外热像仪对测试电池的电极截面曝露进行温度变化采集，确定电极截面中的最高温度区域；3)、在氩气氛围下，采用有机溶剂将待制作电池电极的电极材料中的最高温度区域部分处理掉，使待制作电池电极处理区域的集流体直接裸露，且处理区域的边缘延伸至电池接线端；4)、采用聚酰亚胺制作形状与步骤3)中待制作电池电极的电极材料处理区域形状相匹配的柔性衬底；5)、采用旋涂光刻工艺在柔性衬底的一面光刻有均匀布置的测温点，每个测温点均向柔性衬底的边缘光刻有独立的导线槽，各个测温点处上溅射热敏材料，每条导线槽内溅射导电材料，得到柔性温度传感器；7)、将柔性温度传感器未光刻一面朝下贴合在预处理电池处理区域的集流体上；8)、按照软包电池封装工艺，将待制作电池电极与柔性温度传感器封装，且柔性温度传感器通过各条导线槽内溅射的导电材料向电池接线端引出检测接口；最后经过电池活化工艺后，得到一体化电池。...

【技术特征摘要】
1.一种多点式内部温度监控一体化电池的制作方法，其特征是：具体制作过程如下：1)、在的氩气氛围下将一块未内置测温装置的待制作软包电池底端切开，并将隔膜打磨除去，曝露电池电极截面，用光学玻璃对电池电极截面曝露部位进行封口，得到测试电池；2)、用电池充放电设备对测试电池进行不同倍率下的充放电时，采用红外热像仪对测试电池的电极截面曝露进行温度变化采集，确定电极截面中的最高温度区域；3)、在氩气氛围下，采用有机溶剂将待制作电池电极的电极材料中的最高温度区域部分处理掉，使待制作电池电极处理区域的集流体直接裸露，且处理区域的边缘延伸至电池接线端；4)、采用聚酰亚胺制作形状与步骤3)中待制作电池电极的电极材料处理区域形状相匹配的柔性衬底；5)、采用旋涂光刻工艺在柔性衬底的一面光刻有均匀布置的测温点，每个测温点均向柔性衬底的边缘光刻有独立的导线槽，各个测温点处上溅射热敏材料，每条导线槽内溅射导电材料，得到柔性温度传感器；7...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋维力，陈浩森，韩金栋，王鹏，朱盛鑫，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：北京,11