监测软包锂离子电池安全状态的植入式气体传感器装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开一种监测软包锂离子电池安全状态的植入式气体传感器装置，包括铝塑膜

【技术实现步骤摘要】
监测软包锂离子电池安全状态的植入式气体传感器装置


[0001]本专利技术属于传感器
，具体涉及一种监测软包锂离子电池安全状态的植入式气体传感器装置
。

技术介绍

[0002]锂离子电池由于能量密度高
、
使用寿命长
、
低成本等优点被广泛应用，随着新能源汽车产业化加速，电池安全问题也备受关注
。
近
10
年间，据全国能源信息平台报告不完全统计，全球共发生多起储能电站起火爆炸事故，其中，日本1起
、
美国2起
、
比利时1起
、
韩国
24
起
。
而且锂离子电池的失效及热失控等一系列安全问题时常发生，提升锂离子电池的安全性已成为当务之急
。
[0003]目前，气体传感技术作为监测手段取得了很大的进展，已被应用于电池温度
、
应变
、
气压等物理场信息收集，并在此基础上形成了
BMS
电池管理系统
。
在实际工况中，装载锂离子电池的储能和动力系统，电池数量多达几万甚至上十万个，红外热成像和特征气体检测法受外界环境的影响因素较大，嵌入式光纤光栅传感器贴附于锂离子电池表面能够同时检测温度和应变的变化，但是此技术信息获取具有延迟性，易破坏正极极片，无法实现原位实时监测锂离子电池内部气体产生状态，更无法早期预警锂电池热失控等危险状况
。
因此，亟待开发一种用于软包锂离子电池安全状态监测的植入式气体传感器，用于监测电池全周期寿命内气体演化过程，可以有效地对电池内部的气体状态进行原位实时监测，实现早期锂离子电池危险状态预警或识别
。

技术实现思路

[0004]解决的技术问题：针对上述技术问题，本专利技术提供一种监测软包锂离子电池安全状态的植入式气体传感器装置，能有效解决上述现有传感器技术信息获取具有延迟性，易破坏正极极片，无法实现原位实时监测锂离子电池内部气体产生状态，更无法早期预警锂电池热失控等危险状况的不足之处
。
[0005]技术方案：监测软包锂离子电池安全状态的植入式气体传感器装置，包括铝塑膜
、
电池芯
、
外层隔膜和集成气体传感器，在电池芯的外表面和铝塑膜之间使用所述外层隔膜包裹，所述集成气体传感器包括基底材料和气体传感器阵列，所述气体传感器阵列设置在外层隔膜上，且位于铝塑膜与外层隔膜之间
。
[0006]优选的，所述电池芯包括内层隔膜
、n
个正极极片和
n+1
个负极极片，其中
n≥2
；所述正极极片与负极极片交替排列设置在外层隔膜内部，所述内层隔膜设置在负极极片与正极极片之间
。
[0007]进一步的，所述正极极片的活性物质为镍钴锰酸锂
、
磷酸铁锂
、
锰酸锂
、
镍钴铝酸锂或镍锰酸锂中的一种；所述负极极片的活性物质为石墨
、
硅碳材料
、
硅氧碳材料
、
钛酸锂
、
金属氧化物或金属锂中的一种，所述外层隔膜和内层隔膜均为聚乙烯
、
聚丙烯或芳纶中的一种
。
[0008]优选的，所述气体传感器阵列呈网状分布
。
[0009]优选的，制备所述气体传感器的气敏材料为金属氧化物，所述金属氧化物与钙钛矿
CsPbBr3界面间形成
P
‑
n
型异质结结构，进而形成金属氧化物包覆钙钛矿的核壳结构
。
[0010]进一步的，所述金属氧化物为
SnO2、ZnO、In2O3、Fe2O3、CdO、Cu2O、TiO2、ZrO2、CoO、WO3、Al2O3、Fe3O4中的至少一种
。
[0011]优选的，所述装置还包括连接测气的导线
、
正极耳和负极耳，所述正极耳和负极耳均与电池芯连接，所述连接测气的导线从正极耳和负极耳引出并绕行电池芯汇集到电池芯的一侧且通过聚酰亚胺胶带固定成导线束
。
[0012]进一步的，所述连接测气的导线直径为
0.05
～
0.5mm
，长度根据软包锂离子电池的规格确定，所述导线束设置在两层聚丙烯胶之间，聚丙烯胶的宽度大于封印宽度但不超过
6mm。
[0013]进一步的，所述正极耳为铝箔，所述负极耳为镀铜镍（
Ni
‑
Cu
）或镍（
Ni
）中的一种
。
[0014]优选的，所述基底材料为聚乙烯醇（
PVA
）
、
聚酯（
PET
）
、
聚乙烯亚胺（
PEI
）
、
聚酰亚胺（
PI
）
、
聚萘二甲酯乙二醇酯（
PEN
）聚乙烯醇（
PVA
）
、
聚酯（
PET
）
、
聚乙烯亚胺（
PEI
）
、
聚酰亚胺（
PI
）
、
聚萘二甲酯乙二醇酯（
PEN
）或
MEMS
芯片中的一种
。
[0015]进一步的，所述
MEMS
芯片为晶圆硅芯片
。
[0016]有益效果：本专利技术监测软包锂离子电池安全状态的植入式气体传感器装置，基于金属氧化物包覆钙钛矿形成的一种异质结核壳结构，降低工作温度，使得传感器在室温或者低功耗条件下拥有优异稳定的气敏性能，可实时原位监测锂电池内部全寿命周期内气体演化过程，结合模拟仿真，进一步优化传感器布置；能够实现早期锂电池安全健康状态预警与识别，精准目标识别更换危险故障单体电池，避免故障电池发生热失控等严重故障，保护人们生命安全健康
。
附图说明
[0017]图1为本专利技术监测软包锂离子电池安全状态的植入式气体传感器装置的整体结构示意图；图2为本专利技术一实施例中气体传感器位置示意图；图3为本专利技术监测软包锂离子电池安全状态的植入式气体传感器装置的电池芯结构示意图；图中序号：
1、
第一气体传感器，
2、
第二气体传感器，
3、
第三气体传感器，
4、
第四气体传感器，
5、
第五气体传感器，
6、
第六气体传感器，
7、
铝塑膜，
8、
外层隔膜，
9、
电池芯，
10、
正极耳，
11、
负极耳，
12、
内层隔膜，
13、
负极极片，
14、
正极极片<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
监测软包锂离子电池安全状态的植入式气体传感器装置，其特征在于：包括铝塑膜
、
电池芯
、
外层隔膜和集成气体传感器，在电池芯的外表面和铝塑膜之间使用所述外层隔膜包裹，所述集成气体传感器包括基底材料和气体传感器阵列，所述气体传感器阵列设置在外层隔膜上，且位于铝塑膜与外层隔膜之间
。2.
根据权利要求1所述的监测软包锂离子电池安全状态的植入式气体传感器装置，其特征在于：所述电池芯包括内层隔膜
、n
个正极极片和
n+1
个负极极片，其中
n≥2
；所述正极极片与负极极片交替排列设置在外层隔膜内部，所述内层隔膜设置在负极极片与正极极片之间
。3.
根据权利要求2所述的监测软包锂离子电池安全状态的植入式气体传感器装置，其特征在于：所述正极极片的活性物质为镍钴锰酸锂
、
磷酸铁锂
、
锰酸锂
、
镍钴铝酸锂或镍锰酸锂中的一种；所述负极极片的活性物质为石墨
、
硅碳材料
、
硅氧碳材料
、
钛酸锂
、
金属氧化物或金属锂中的一种，所述外层隔膜和内层隔膜均为聚乙烯
、
聚丙烯或芳纶中的一种
。4.
根据权利要求1所述的监测软包锂离子电池安全状态的植入式气体传感器装置，其特征在于：所述气体传感器阵列呈网状分布
。5.
根据权利要求1所述的监测软包锂离子电池安全状态的植入式气体传感器装置，其特征在于：制备所述气体传感器的气敏材料为金属氧化物，所述金属氧化物与钙钛矿
...

【专利技术属性】
技术研发人员：高丹红，庄雨燕，黄胜，何新建，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：