[實用新型]一種基于光纖傳感器的鋰枝晶原位檢測系統

有效

• 申請號: 202022203114.X
• 申請日: 2020-09-30
• 公開（公告）號: CN213455925U
• 公開（公告）日: 2021-06-15
• 發明（設計）人: 黃云輝;關煒馨;李真
• 申請（專利權）人: 江蘇集萃華科智能裝備科技有限公司
• 主分類號: G01L1/24
• 分類號: G01L1/24;G01R31/385
• 代理公司: 無錫市大為專利商標事務所(普通合伙) 32104
• 代理人: 曹祖良;陳麗麗

本實用新型涉及鋰電池技術領域，具體公開了一種基于光纖傳感器的鋰枝晶原位檢測系統，其中，包括：將第一光纖傳感器的表面蒸鍍與待檢測極片相同的金屬材料，將第二光纖傳感器的表面套上保護套；將第一光纖傳感器和第二光纖傳感器的另一端一并穿過鋰電池上的鋁塑膜并伸出鋁塑膜外與解調系統連接；向鋁塑膜內注入電解液；通過解調系統分別獲取第一光纖傳感器和第二光纖傳感器的檢測信號，并得到鋰金屬應力作用信號；根據測量得到的鋰電池的電化學測試信號以及鋰金屬應力作用信號分析鋰電池中的鋰金屬生長狀態。本實用新型還公開了一種基于光纖傳感器的鋰枝晶原位檢測系統。本實用新型提供的基于光纖傳感器的鋰枝晶原位檢測方法可以實現鋰枝晶的原位檢測。

技術領域

本實用新型涉及鋰電池技術領域，尤其涉及一種基于光纖傳感器的鋰枝晶原位檢測方法及基于光纖傳感器的鋰枝晶原位檢測系統。

背景技術

在現有的能源框架下，石化能源可預見的枯竭和現代社會環保主題日益沖突。多種場景下以純電力驅動代替石化能源驅動的需求日益明顯。磷酸鐵鋰、三元材料的發現使鋰離子電池作為本世紀應用最廣泛的儲能設備。然而，經過幾十年的發展，鋰離子電池能量密度的提升速度已明顯放緩,并逐漸接近理論極限。鋰金屬電池（如鋰硫電池）及新型的無負極電池，是最有希望的下一代高能量密度存儲設備之一，能夠滿足新興行業的要求。然而，不均勻的金屬鋰沉積導致的體積膨脹、SEI破裂以及“死鋰”等問題是限制其大規模應用的首要問題。

研究人員以采用了多種手段來表征和探測金屬鋰的沉積行為，如掃描電子顯微鏡、冷凍電鏡等。但這些技術存在的問題是：（1）對于常用的商用電池體系，無法進行原位探測；（2）要實現原位探測，只能采用構建模擬電池（如螺母電池）的方法，無法反應真正具有應用價值的電池構型中鋰生長的真實行為。

實用新型內容

本實用新型提供了一種基于光纖傳感器的鋰枝晶原位檢測系統，解決相關技術中存在的無法進行鋰枝晶原位檢測的問題。

按照本實用新型提供的技術方案，所述基于光纖傳感器的鋰枝晶原位檢測系統包括：第一光纖傳感器、第二光纖傳感器、寬帶光源、鋰電池、解調系統和電池測試系統，所述第一光纖傳感器的表面蒸鍍有與待檢測極片相同的金屬材料，所述第二光纖傳感器的表面套設有保護套，所述第一光纖傳感器的一端和所述第二光纖傳感器的一端均連接所述寬帶光源，所述第一光纖傳感器的另一端和所述第二光纖傳感器的另一端一并穿過所述鋰電池上的鋁塑膜并伸出所述鋁塑膜外與所述解調系統連接，所述電池測試系統連接所述鋰電池；

所述解調系統能夠獲取所述第一光纖傳感器和所述第二光纖傳感器的檢測信號，并得到鋰電池中的鋰金屬應力作用信號，所述電池性能測試系統能夠測量鋰電池的電化學測試信號。

進一步地，所述基于光纖傳感器的鋰枝晶原位檢測系統包括多個鋰電池，所述第一光纖傳感器的另一端和所述第二光纖傳感器的另一端一并依次穿過多個所述鋰電池上的鋁塑膜并最終與解調系統連接，且多個鋰電池串聯連接或并聯連接后與所述電池性能測試系統連接。

進一步地，所述基于光纖傳感器的鋰枝晶原位檢測系統還包括：保護套管，所述保護套管套設在所述第一光纖傳感器和所述第二光纖傳感器的另一端，用于將所述第一光纖傳感器和所述第二光纖傳感器的另一端固定在一起。

進一步地，所述與待檢測極片相同的金屬材料包括銅、金和銀中的任意一種。

本實用新型提供的基于光纖傳感器的鋰枝晶原位檢測方法，通過兩個光纖傳感器實現對待檢測極片的表面狀態的監測，在保持可商用電池的構型基礎上，能進行原位監測電極表面的鋰枝晶生長情況，并同時與電化學測試信號進行比對。在保證電池以常規形態運行的同時，進行無損監測，讀取電極表面的應力變化，既可以進行基礎科學問題研究，還可以進行失效預警。另外，由于采用兩個光纖傳感器，可以通過溫度靈敏響應對比光纖的信號，將應力靈敏響應主光纖的信號進行解耦，提取出應力主作用的信號，保證了信號的準確性。

附圖說明