一种电压-温度耦合测量方法及其装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及锂离子电池生产技术领域，尤其涉及一种电压‑温度耦合测量方法及其装置；所述电压‑温度耦合测量方法，在电池内部同步引入温度传感器和参比电极，所述温度传感器和参比电极外接到电压温度记录仪上，同步记录电池内部的温度变化以及正负极电压的变化；所述装置的裸电芯包括叠片设置的隔膜、n片正极极片、n+2片负极极片、1片测试片，n≥2；所述测试片由基底材料、若干个温度传感器和参比电极组成；所述若干个温度传感器和所述参比电极固定在所述基底材料上；在待测温的位置，用所述测试片代替正极极片，并通过隔膜将所述测试片与其两侧的负极极片隔开。本发明专利技术可实现同步测试电池正负极电位随内部温度的变化。

【技术实现步骤摘要】
一种电压-温度耦合测量方法及其装置
本专利技术涉及锂离子电池生产
，尤其涉及一种电压-温度耦合测量方法及其装置。
技术介绍
锂离子电池具有比能量高、循环性能好、没有记忆效应等诸多优点，近年来在军工电源、消费类电子、新能源汽车中得到了广泛的应用，并且在持续增长中。随着新能源汽车产业迅速发展，车用动力电池的市场需求进一步爆发，用户对于新能源汽车的续航里程、安全性能、充电速度等也提出了更高的要求。锂离子电池主要由正极、负极、隔膜和电解液组成，这四种要素的特性在本质上决定了电池的能量密度、安全性、充电速度等性能。此外，电池涉及到的电化学过程本身的一些特征，对于电池的长期性能也有关键性的影响。众所周知，温度对于电池内部的电化学反应有显著的影响；在高温下，电解液粘度降低使得锂离子迁移速率提升，同时电子转移速度提高，电化学反应极化比较低，因此高温下电池的充电电压低，放电电压高，容量大；在低温下，电解液粘度降低导致锂离子迁移速率减慢，浓度极化提升的同时，电子转移反应的速率也在降低，因此导致电化学反应的极化严重增大，电池放电电压下降，放电容量缩水。另外，在充电过程中，若极化过大，容易导致负极的电位过低而发生析锂，短期会降低电池寿命，长此以往容易产生安全问题。近年来，用户对于电动汽车冬季续航里程以及充电速率的焦虑也来源于此。在新能源汽车的电池管理系统中，一般是采用单体电池的温度、电压以及容量等数据进行仿真模拟，预测电池在不同使用条件下的行为，制定电池管理策略，进而通过监测电池包中单体电池的电压以及表面温度来实现对电池的管理以及安全预警。然而，为了实现更高的比能量和体积能量密度，单体电池的尺寸不断增大，电池内部累积的热量不能及时传到电池表面，导致内外温差较大，电池表面温度无法反应电池内部的真实温度，仿真结果的准确度降低。另外，单体电池的电压为正负极两端的电压差，无法体现正极和负极各自的电压值，当低温充电或是快速充电过程中负极电压过低发生析锂的风险时，电池管系统无法做出预警。在不同的温度下，电池的正负极极化行为不同，负极发生析锂的边界电流值也在变化。根据温度制定充电策略，才能在确保安全的同时进一步提升电池的充电效率，因此，监控电池内部不同温度下，电池正极和负极的真实电压变化有着重要意义。现有技术中，叠片型锂离子电池通常由n和n+1张正负极极片组成，在电池使用过程中，通常将温度传感器贴附在电池表面进行温度监测。为了监测电池内部的温度，研究者通常将温度传感器植入电池内部，放置在正负极极片之间。为了分别研究电池正负极的电化学特性，研究者们通常将常规电池改装为三电极电池，通过引入金属锂、铂、金或磷酸铁锂、钛酸锂极片等作为参比电极，观察充放电过程中正负极的极化行为。然而，测试电池内部温度与正负极压差，不能对负极电压进行监测，避免电池的析锂风险。单纯监测负极电位和电池表面温度，无法提供两者准确的关系，容易造成仿真结果的偏差，不利于制定电池安全的使用策略。另外，将温度传感器或是参比电极放置于电池内部的正负极极片之间，相当于在电池中引入异物，增大了内短路的风险，并且在放置温度传感器或参比电极的位置，对应极片间脱嵌锂的反应受到阻碍，不仅降低了局部的锂离子传输速度，增加了电化学反应的极化，同时还增加了局部析锂的风险。CN104880261A针对方形叠片式锂离子电池，将热电偶的探头包覆EVA热熔胶之后，放置在典型的极片和典型区域中，原位采集电池内部的温度。CN106252768A通过温度传感器的处理，将温度传感器引入电池内部的极片之间，确保了软包电池引入温度传感器的封装效果。CN210245669U与CN210350034U同样采用类似的思路，将温度传感器引入卷绕或叠片型电芯的极片之间，进行温度检测。这些方法虽然能够有效地检测电池内部的温度，但是置于正负极极片之间的温度传感器对于局部的极片脱嵌锂有负面影响，增加了电池的安全风险。CN110534831A将成型的软包电池改造，在测试前通过引导棒将温度传感器经过铝塑膜切口引入电池内部，进行热失控测试中的温度监控。受制于电池已经成型，在引入温度传感器时，无法精确定位其位置，且引入数量受到限制。CN109585907A以镀锂的铜丝和磷酸铁锂极片作为参比电极，放置在正负极极片之间，用于测试正负极的电位变化。然而，铜丝表面镀锂，对于镀锂电流的控制要求较高，且锂层不稳定，在电池的寿命周期中需要多次镀锂，效率比较低。CN105470577A选用金丝、银丝或铂丝作为参比电极，制成一种软包锂离子三电极电池。这几种金属成本较高，且测得的数据在使用时要转换成相对于Li/Li+的电位，数据直观性差。与上述专利文件类似的方法很多，但均具有一定的局限性：通过这些装置无法获取负极电压与温度之间的关系，不利于电池性能的模拟仿真和电池系统的管理。另外，电池结构未变，温度传感器或是参比电极分别植入正极极片和负极极片之间，一方面导致植入两侧的正负极活性物质无法参与电化学反应，边缘的活性物质虽然参与反应，但是由于锂离子传输距离增大，反应活性降低，局部容易发生析锂；另一方面，当电池受到外部压力时，正负极极片之间植入器件相当于异物，其边缘可能在外力的作用下刺穿隔膜，发生内短路，影响电池的安全性能。鉴于此，特提出本专利技术。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种电压-温度耦合测量方法及其装置，实现同步测试电池正负极电位随内部温度的变化。具体地，本专利技术提供以下技术方案：本专利技术提供一种电压-温度耦合测量方法，在电池内部同步引入温度传感器和参比电极，所述温度传感器和参比电极外接到电压温度记录仪上，同步记录电池内部的温度变化以及正负极电压的变化。本专利技术发现，在电池内部同步引入温度传感器和参比电极，能够获取准确的电池内部温度、正负极电压值、以及二者之间的关系。作为优选，在电池外部贴附温度传感器，用来检测电池内外的温度差异。本专利技术中，在电池表面贴附温度传感器，可以将电池内部温度、表面温度以及负极电压三者结合起来，输入电池管理系统的模拟仿真中，更准确地预测电池在不同环境温度和内部温度下的电化学行为，制定更安全高效的充电及管理策略，提升新能源汽车的使用体验和安全性能。本专利技术还提供一种装置，可使用该装置进行上述电压-温度耦合测量方法。具体而言，所述装置的裸电芯包括叠片设置的隔膜、n片正极极片、n+2片负极极片、1片测试片，n≥2；所述测试片由基底材料、若干个温度传感器和参比电极组成；所述若干个温度传感器和所述参比电极固定在所述基底材料上；在待测温的位置，用所述测试片代替正极极片，并通过隔膜将所述测试片与其两侧的负极极片隔开。本专利技术发现，在电池内部同时引入温度传感器和参比电极，能够同步测量电池负极电位和内部温度变化；相比于传统的由n片正极和n+1片负极组成的锂离子电池，本专利技术提供的装置由n片正极、n+2片负极以及1片测试片构成，其中测试片由基底材料、若干个温度传感器和参比电极组成。作为优选，所述基底材料为导热硅胶片或导热绝缘片(优选为导热硅胶本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电压-温度耦合测量方法，其特征在于，在电池内部同步引入温度传感器和参比电极，所述温度传感器和参比电极外接到电压温度记录仪上，同步记录电池内部的温度变化以及正负极电压的变化。/n

【技术特征摘要】
1.一种电压-温度耦合测量方法，其特征在于，在电池内部同步引入温度传感器和参比电极，所述温度传感器和参比电极外接到电压温度记录仪上，同步记录电池内部的温度变化以及正负极电压的变化。


2.根据权利要求1所述的测量方法，其特征在于，在电池外部贴附温度传感器，用来检测电池内外的温度差异。


3.一种装置，其特征在于，其裸电芯包括叠片设置的隔膜、n片正极极片、n+2片负极极片、1片测试片，n≥2；
所述测试片由基底材料、若干个温度传感器和参比电极组成；所述若干个温度传感器和所述参比电极固定在所述基底材料上；
在待测温的位置，用所述测试片代替正极极片，并通过隔膜将所述测试片与其两侧的负极极片隔开。


4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述基底材料为导热硅胶片或导热绝缘片；所述基底材料的尺寸与正极极片相同，厚度为0.1～2mm。


5.根据权利要求3或4所述的装置，其特征在于，所述温度传感器为T型、J型或K型热电偶，测温导线的直径为0.05～1mm；
优选地，所述温度传感器的布置方法如下：测温探头布置在待测温的位置，在所述基底材料上裁出与所述测温导线的直径相当的沟壑，将所述测温导线嵌入其中并根据位置进行编号，由所述基底材料同一边缘引出，测温探头以外的位置用聚酰亚胺胶带固定。

【专利技术属性】
技术研发人员：杨嫚，李翔，李彬，王仁念，张强，王建涛，常增花，杨江海，刘景浩，罗金宏，
申请(专利权)人：国联汽车动力电池研究院有限责任公司，
类型：发明
国别省市：北京;11