一种锂离子软包电池热失控安全预警用柔性传感器制造技术

本发明专利技术涉及一种锂离子软包电池热失控安全预警用柔性传感器，属于锂离子电池技术领域。所述传感器包括生长有石墨烯片层的纤维素纤维薄膜、绝缘弹性胶和引线，所述生长有石墨烯片层的纤维素纤维薄膜的上下表面经绝缘弹性胶固定在锂离子软包电池外表面上，且所述生长有石墨烯片层的纤维素纤维薄膜的两端经引线与测试电路触电连接。当锂离子软包电池发生热失控时，由于电池内部的产气反应，软包电池将发生明显的变形，此时所述柔性传感器也相应的发生变形，电阻将发生明显变化。电阻将发生明显变化。电阻将发生明显变化。

【技术实现步骤摘要】
一种锂离子软包电池热失控安全预警用柔性传感器


[0001]本专利技术涉及一种锂离子软包电池热失控安全预警用柔性传感器，属于锂离子电池


技术介绍

[0002]由于传统化石能源的短缺和严重的环境污染，迫切需要可再生和清洁能源。新能源的广泛探索促进了储能设备的快速发展。锂离子电池因其成本低、能量密度大、自放电率低、无记忆效应、循环寿命长、绿色环保性能高等优点，成为便携式电子设备和储能领域中储能设备的有希望的代表。近年来，由于电动汽车，数字产品和移动电子设备的加剧，对锂离子电池的需求正在迅速增长。
[0003]然而，在锂离子电池的应用中存在严重的安全问题。主要原因是热失控，锂离子电池的热失控可以在多种滥用条件下诱发，包括机械滥用，电力滥用和热滥用。机械滥用会触发内部短路，从而导致电滥用，而电滥用会产生焦耳热并引发热滥用。在热滥用条件下，一系列放热、放气反应会在电池内部一个接一个地发生。反应进一步产生大量的热量，形成自加速的“热
‑
温度
‑
反应”回路，最终导致电池热失控，在高温下会引起火灾或爆炸。
[0004]随着锂离子电池越来越受欢迎，以热失控事件为特征的安全问题已成为许多应用中的一个生命威胁问题，并已成为工业界和学术界的一个重大挑战。近年来开发用于监视和评估锂离子电池安全性的方法已成为工业界和学术界努力的方向。
[0005]目前监测软包电池热失控采用的应变传感器和电池本体的贴合性较差，使用过程中容易脱落；制备工艺、安装过程复杂、成本高，不利于大范围拓展应用；应变测量范围有限，灵敏度低，不利于实现膨胀应变的准确测试。

技术实现思路

[0006]有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种锂离子软包电池热失控安全预警用柔性传感器。
[0007]为实现上述目的，本专利技术的技术方案如下：
[0008]一种锂离子软包电池热失控安全预警用柔性传感器，所述传感器包括生长有石墨烯片层的纤维素纤维薄膜、绝缘弹性胶和引线，所述生长有石墨烯片层的纤维素纤维薄膜的上下表面经绝缘弹性胶固定在锂离子软包电池外表面上，且所述生长有石墨烯片层的纤维素纤维薄膜的两端经引线与测试电路触电连接。当锂离子软包电池发生热失控时，由于电池内部的产气反应，软包电池将发生明显的变形，此时所述柔性传感器也相应的发生变形，电阻将发生明显变化。
[0009]优选的，所述生长有石墨烯片层的纤维素纤维薄膜厚度为10～3000μm。
[0010]优选的，所述生长有石墨烯片层的纤维素纤维薄膜通过以下方法制备得到：
[0011](1)将纤维素纤维薄膜浸泡在氧化石墨烯溶液中10～600s，浸泡结束后干燥，重复浸泡、干燥1～30次，得到生成有氧化石墨烯的纤维素纤维薄膜；
[0012]优选的，所述氧化石墨烯的横向尺寸为1～100μm。
[0013]优选的，所述氧化石墨烯溶液的浓度为0.1～20mg/mL。
[0014]优选的，每次干燥温度为30～80℃，干燥时间为10～60min。
[0015](2)将所述生成有氧化石墨烯的纤维素纤维薄膜经化学还原或高温还原，得到生长有石墨烯片层的纤维素纤维薄膜。
[0016]优选的，化学还原时，还原剂为氢碘酸、水合肼或柠檬酸酸，还原温度为60～120℃，还原时间为5～300min。
[0017]优选的，高温还原时，在惰性气体保护下，200～600℃还原60～180mim。
[0018]有益效果
[0019]本专利技术所述柔性传感器可以应用在检测锂离子软包电池热失控的安全预警中，通过检测锂离子软包电池铝塑膜的变形程度而引起所述的传感器电阻的变化来发出相应的预警信号。所述柔性传感器安装方便，不易脱落，具有较高的分辨率、可靠性和一致性，且灵敏度和耐压性好。
附图说明
[0020]图1为实施例1所述生长有石墨烯片层的纤维素纤维薄膜的扫描电子显微镜(SEM)图；
[0021]图2为实施例1所述柔性传感器的结构示意图；
[0022]图3为实施例1设置有柔性传感器的锂离子软包电池结构示意图；
[0023]图4为实施例1所述柔性传感器的工作原理图；
[0024]图5为实施例1所述柔性传感器在不同拉伸应变情况下的电阻变化情况；
[0025]图6为实施例1所述柔性传感器在特定应变下的电阻的保持情况；
[0026]其中，1
‑
3M弹性绝缘单面胶，2
‑
3M弹性绝缘双面胶，3
‑
生成有石墨烯的纤维素纤维薄膜，4
‑
导线。
具体实施方式
[0027]下面结合具体实施例对本专利技术作进一步详细的说明。
[0028]实施例1
[0029](1)将氧化石墨烯配制成2mg/mL的氧化石墨烯溶液，其中氧化石墨烯的横向尺寸为1～10μm；
[0030](2)将纤维素纤维薄膜(厚度为500μm)浸泡在所述氧化石墨烯溶液中30s后，将所述纤维素纤维薄膜置于烘箱中50℃下干燥3mim，重复浸泡和干燥5次，得到生成有氧化石墨烯的纤维素纤维薄膜；
[0031](3)将所述生成有氧化石墨烯的纤维素纤维薄膜放入装有0.1mL水合肼的反应罐中，密封后放入烘箱中，95℃下反应30mim，反应结束后用去离子水清洗，除去表面残留的水合肼，干燥后得到生成有石墨烯的纤维素纤维薄膜3，所述薄膜的SEM测试结果如图1所示，从图中可以看出，纤维素纤维表面均匀的包裹了还原氧化石墨烯片。
[0032](4)将所述生成有石墨烯的纤维素纤维薄膜3剪成1cm
×
2.5cm的矩形片，然后用导电银胶将导线4接在薄膜两端，再用3M绝缘弹性双面胶2将所述生成有石墨烯的纤维素纤维
薄膜3的下表面固定在锂离子软包电池的铝塑膜上，最后所述生成有石墨烯的纤维素纤维薄膜3的上表面用3M绝缘弹性单面胶1进行固定，得到柔性传感器，如图2
‑
3所示。
[0033]如图4所示，当锂离子软包电池铝塑膜膨胀变形时，与其紧密粘连的柔性应变传感器也随之拉伸变形，负载有还原氧化石墨烯的纤维素纤维接触位点发生明显改变，从而电导致阻增大。
[0034]所述柔性传感器在不同拉伸应变下的电阻变化情况如图5所示，从图中可以明显的看到，在不同的拉伸应变下，该传感器具有明显的电阻变化，说明该传感器具有优良的灵敏度。
[0035]所述柔性传感器在特定的应变时其电阻的相应保持情况，如图6所示，结果表明所述传感器在不同应变下传感信号的稳定性。
[0036]综上所述，专利技术包括但不限于以上实施例，凡是在本专利技术的精神和原则之下进行的任何等同替换或局部改进，都将视为在本专利技术的保护范围之内。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种锂离子软包电池热失控安全预警用柔性传感器，其特征在于：所述传感器包括生长有石墨烯片层的纤维素纤维薄膜、绝缘弹性胶和引线，所述生长有石墨烯片层的纤维素纤维薄膜的上下表面经绝缘弹性胶固定在锂离子软包电池外表面上，且所述生长有石墨烯片层的纤维素纤维薄膜的两端经引线与测试电路触电连接。2.如权利要求1所述的一种锂离子软包电池热失控安全预警用柔性传感器，其特征在于：所述生长有石墨烯片层的纤维素纤维薄膜厚度为10～3000μm。3.如权利要求1所述的一种锂离子软包电池热失控安全预警用柔性传感器，其特征在于：所述生长有石墨烯片层的纤维素纤维薄膜通过以下方法制备得到：(1)将纤维素纤维薄膜浸泡在氧化石墨烯溶液中10～600s，浸泡结束后干燥，重复浸泡、干燥1～30次，得到生成有氧化石墨烯的纤维素纤维薄膜；(2)将所述生成有氧化石墨烯的纤维素纤维薄膜经化学还原或高温还原...

【专利技术属性】
技术研发人员：苏岳锋，蒋晓平，陈来，闫康，吴锋，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：