[發明專利]可通過光纖植入光學傳感器的鋰離子電池及制作方法

在審

• 申請號: 202110596028.6
• 申請日: 2021-05-29
• 公開（公告）號: CN113410509A
• 公開（公告）日: 2021-09-17
• 發明（設計）人: 何賽靈;林華冠
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: H01M10/0525
• 分類號: H01M10/0525;H01M10/48;H01M10/058;G01D5/26
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 林松海

本發明公開一種可通過光纖植入光學傳感器的鋰離子電池及制作方法。其中，一種可通過光纖植入光學傳感器的軟包鋰離子電池，包括：包裝膜、電芯、傳感元件和傳輸光纖；一種可通過光纖植入光學傳感器的硬殼鋰離子電池，包括：電池外殼、電池上蓋、電芯、傳感元件和傳輸光纖。本發明提供的技術方案能夠實現對鋰離子電池的使用過程中的多參數監控，且能有效保證鋰離子電池的密封性和使用壽命。

技術領域

本發明涉及電池傳感技術領域，尤其涉及一種可通過光纖植入光學傳感器的鋰離子電池及制作方法。

背景技術

隨著新能源行業的發展，鋰離子電池的產業規模也迅速增長，并不斷地提高電容量和能量密度，與此同時，鋰離子電池的安全問題引起了格外注意。目前，市面上常用的鋰離子電池有三種包裝方式，分別是采用鋁塑膜包裝的軟包電池和采用鋼殼或鋁殼等硬金屬外殼包裝的圓柱性電池以及方型電池。鋰離子電池使用過程中，化學狀態和熱狀態在不斷地變化，包括鋰化物的遷移和轉化、內部溫度、壓力，還包括熱失控時電解質分解產生的不同氣體種類及濃度等安全狀態。對于這些參數的有效監測有助于判斷鋰離子電池的工作狀態和健康狀態。此外，在多種電池傳感方案中，光纖型傳感器具有結構小巧、抗電磁干擾、壽命長、靈敏度高等諸多優點，能有效表征電池的上述諸多參數狀態。然而大多數光纖傳感器需要置于電池內部環境中才能有效發揮傳感效果。

在一種現有的應用于新能源汽車動力電池包的方型鋰離子電池模組中，模組由4個電芯串聯組成，采用柔性電路板（FPC）監測模組工作時電芯的電壓和溫度。FPC位于模組的上蓋。這種模組的缺陷在于溫度數據的不真實性和延時性。根據熱傳導原理，電芯內部的溫度會高于電芯表面溫度以及模組溫度，故而位于模組上蓋的FPC監測的溫度并不能真實反映出電芯的實際溫度，溫度數據并不可靠。其次，熱量的傳遞需要時間，當電芯內部的溫度已經接近危險溫度時，模板上蓋的溫度可能還是處于溫度安全線，所以溫度數據具有延時性，存在著安全隱患。

另外一種現有的圓柱型鋰離子電池光纖光柵傳感方案中，通過在鋰離子電池負極鉆孔植入一根或兩根帶有光纖布拉格光柵（FBG）的單模光纖，并采用環氧樹脂膠密閉小孔。FBG用于監測電池內部的溫度變化以及可能會出現的氣壓變化。但是，這種傳感方式改變了電池的原有結構，可能會影響到電池的使用壽命。鋰離子電池中的電解質液遇到空氣中的水分就會失去效用，而鋰離子電池金屬外殼中的一層致密的金屬氧化物能夠很好地隔絕空氣中的水分，鉆孔在一定程度上破環了這層金屬氧化物結構，而采用聚合物膠進行密閉以及隔水的效果并不一定能保證穩定性和持久性，這在一定程度上影響到了電池的使用壽命。

發明內容

鑒于現有技術存在的缺陷，本發明的目的是提供一種可通過光纖植入光學傳感器的鋰離子電池及制作方法，在保證鋰離子電池性能和密閉性的前提下，通過光纖在鋰離子電池內部植入一個光學傳感元件。

一種可通過光纖植入光學傳感器的軟包鋰離子電池，包裝膜、電芯、傳感元件和傳輸光纖；所述包裝膜是軟包電池的封裝材料；所述電芯位于所述包裝膜內部，設有正極耳和負極耳；所述正極耳用于引出所述電芯的正極，所述負極耳用于引出所述電芯的負極；所述正極耳上貼有一層正極耳膠，所述負極耳上貼有一層負極耳膠；所述正極耳膠和負極耳膠，與所述包裝膜邊緣相接觸，用于實現所述正極耳處和所述負極耳處的密封；所述傳感元件是一種基于光學傳感原理的器件，用于監控軟包鋰離子電池內部的待測參數的變化情況；所述傳感元件安置在所述電芯的表面上；所述傳輸光纖的數量為一條或者多條，至少有一條用于傳輸探測光到所述傳感元件，至少有一條用于傳輸包含待測參數信息的信號光輸出到解調模塊中；傳輸探測光和信號光的傳輸光纖為同一條或者非同一條。

所述傳感元件是基于氣體光聲光譜技術的小型光聲池；或者是基于吸收光譜技術的小型的腔增強氣室或多通池；或者是一段氣體能擴散進內的光纖或光波導芯片；監控的鋰離子電池內部的待測參數包括以下的一種或者多種：鋰化物的遷移和轉化、鋰離子電池內部溫度、電池內部壓力以及鋰離子電池熱失控時電解質分解產生的不同氣體種類及濃度。