[發明專利]一種電池內電極材料應力監測裝置、方法以及應用

有效

• 申請號: 202110352400.9
• 申請日: 2021-03-31
• 公開（公告）號: CN113108955B
• 公開（公告）日: 2023-04-28
• 發明（設計）人: 黃云輝;郭澤洲;李巖鵬;李真;孫琪真;閆志君;沈越;劉磊
• 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;G01B11/16;H01M4/13;H01M10/052;H01M10/48
• 代理公司: 武漢華之喻知識產權代理有限公司 42267
• 代理人: 王世芳;曹葆青

1.一種電池內電極材料應力監測裝置，其特征在于，其包括集流體（1-1）、光纖（1-3）、光纖光柵（1-4）、極耳膠（1-5）和導電金屬片（1-6），其中，電極材料（1-2）附著于集流體（1-1）上，光纖（1-3）被包埋在電極材料（1-2）中，光纖（1-3）內部刻制有光纖光柵（1-4），光纖（1-3）穿出集流體（1-1）之外并貼合在集流體的邊緣處，導電金屬片（1-6）通過焊接方式固定在集流體（1-1）的表面，且穿出集流體（1-1）之外并與光纖（1-3）平行，極耳膠（1-5）成對粘貼在集流體（1-1）外的邊緣處，并覆蓋光纖（1-3）上下表面和導電金屬片（1-6）的上下表面，采集光纖光柵中波長變化，從而獲知電極材料的應變，

集流體（1-1）、附著在集流體（1-1）之上的電極材料（1-2）以及包埋在電極材料（1-2）之中的光纖（1-3）整體形成組合體（2-1），展開的組合體呈條帶狀，條帶狀的組合體沿一端卷曲從而使組合體形成圓柱狀或者圓餅狀，獲得繞卷疊層后的應力應變實時監測結構。

2.如權利要求1所述的一種電池內電極材料應力監測裝置，其特征在于，所述光纖光柵為布拉格光纖光柵，所述光纖為單模光纖，所述集流體為鋁箔或者銅箔。

3.如權利要求2所述的一種電池內電極材料應力監測裝置，其特征在于，還包括電性能測試儀（3-2）和光譜儀（3-1），繞卷疊層后的應力應變實時監測結構被封裝形成電池（3-3），電性能測試儀（3-2）連通電池（3-3）的正負極，以能實時獲得電池的電性能，光纖（1-3）伸出電池外，并與光譜儀（3-1）連接，光譜儀用于采集布拉格光纖光柵的布拉格波長的變化，極耳膠用于密封以防止電解液泄漏。

4.如權利要求1-3之一所述的一種電池內電極材料應力監測裝置，其特征在于，一根光纖中設置有多個布拉格光柵傳感器，以監測不同部位的應力應變情況，光纖在電極材料內部呈直線或者彎曲排布。

5.制備如權利要求1-4之一所述的電池內電極材料應力監測裝置的方法，其特征在于，先將內部刻制有光纖光柵的光纖貼合放置在集流體上，接著將電極材料漿料涂覆在集流體上，然后執行烘干工藝，待烘干后進行裁切，獲得所需形狀，最后加工形成電池。

6.如權利要求5所述的方法，其特征在于，烘干后，將附著有電極材料的集流體沿著光纖延伸方向裁切成條帶狀，從條帶一端開始繞卷疊層，獲得呈圓柱狀或者圓餅狀的應力應變實時監測結構。

7.如權利要求5所述的電池內電極材料應力監測裝置的應用方法，其特征在于，其包括如下步驟：

S1：將電性能測試儀（3-2）連接電池（3-3）的正負極，將光譜儀（3-1）連接光纖（1-3），

S2：設置電池的充放電程序，

S3：光譜儀（3-1）采集布拉格光纖光柵的布拉格波長的變化，

S4：根據布拉格條件，將其轉化為對應的應變，再通過材料的彈性模量采用胡克定律，計算該處的應力，其中，各個參數的含義為：

是采集到的布拉格波長，

是光纖光柵的有效折射率，

是光柵間距，

是應力，

是彈性模量，

是應變，?Λ是指Λ的變化值。