[發(fā)明專利]電池內(nèi)部溫度測(cè)量的柔性薄膜傳感器、制備方法和電池

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202210179913.9
• 申請(qǐng)日: 2022-02-25
• 公開（公告）號(hào): CN114636485A
• 公開（公告）日: 2022-06-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張旻;馬天成
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 清華大學(xué)深圳國際研究生院
• 主分類號(hào): G01K7/18
• 分類號(hào): G01K7/18;H01M10/48;H01M10/0525
• 代理公司: 深圳新創(chuàng)友知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 44223
• 代理人: 王震宇

本發(fā)明公開了一種電池內(nèi)部溫度測(cè)量的柔性薄膜傳感器及其制備方法和電池，所述柔性薄膜傳感器包括金屬敏感層與上下兩層聚酰亞胺膜，所述金屬敏感層位于兩層聚酰亞胺膜之間，構(gòu)成三疊層結(jié)構(gòu)，其中所述金屬敏感層用于將電池內(nèi)部的溫度變化轉(zhuǎn)化為電阻的變化，并通過電極引出，從而感知電池內(nèi)部的溫度。本發(fā)明的柔性薄膜傳感器能夠直接感知電池內(nèi)部溫度，具有超薄結(jié)構(gòu)、精度高、柔韌性好、環(huán)境適配性好以及成本低等優(yōu)點(diǎn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及的是溫度傳感器領(lǐng)域，特別是涉及到用于電池內(nèi)部溫度測(cè)量的柔性薄膜傳感器及其制備方法和電池。

背景技術(shù)

隨著電池技術(shù)的不斷發(fā)展，鋰離子電池因其具有能量密度高、電壓高、壽命長、成本低等特點(diǎn)被廣泛應(yīng)用，同時(shí)鋰電池的安全性問題也越來越受到重視。電池工作時(shí)的溫度是表征電池狀態(tài)的重要指標(biāo)，很多技術(shù)都致力于測(cè)量電池溫度，如熱電偶測(cè)溫法、熱電阻測(cè)溫法、紅外測(cè)溫法等，可以實(shí)現(xiàn)溫度測(cè)量并傳輸?shù)浇K端。而為了保證溫度測(cè)量的準(zhǔn)確性、可靠性，采用柔性傳感器貼附在電池上進(jìn)行直接測(cè)溫的方法在研究中備受關(guān)注。同時(shí)高靈敏的柔性溫度傳感器還可以用于電子皮膚、機(jī)器觸覺與健康監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域。

電池內(nèi)部溫度的測(cè)量可以最直接地反映電池的工作狀態(tài)，從而對(duì)電池(如鋰電池)的性能、狀態(tài)進(jìn)行顯示并對(duì)危險(xiǎn)及時(shí)預(yù)警。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種用于電池內(nèi)部溫度測(cè)量的柔性薄膜傳感器及其制備方法和電池。

本發(fā)明的技術(shù)問題通過以下的技術(shù)方案予以解決：

一種用于電池內(nèi)部溫度測(cè)量的柔性薄膜傳感器，包括金屬敏感層與上下兩層聚酰亞胺膜，所述金屬敏感層位于兩層聚酰亞胺膜之間，構(gòu)成三疊層結(jié)構(gòu)，其中所述金屬敏感層用于將電池內(nèi)部的溫度變化轉(zhuǎn)化為電阻的變化，并通過電極引出，從而感知電池內(nèi)部的溫度。

進(jìn)一步地，所述金屬敏感層包括蛇形結(jié)構(gòu)的金屬柵區(qū)。

進(jìn)一步地，所述金屬柵區(qū)中的單根金屬柵的柵長為5-10mm，柵寬為20-120μm，柵與柵之間的間隙為20-120μm，所述金屬柵區(qū)的總寬度為5-10mm。

進(jìn)一步地，所述金屬敏感層包括黏附在下層聚酰亞胺膜上的鉻層以及附著在所述鉻層上的溫度敏感金屬膜層。

進(jìn)一步地，所述溫度敏感金屬膜層為金層或鉑層。

進(jìn)一步地，所述鉻層的厚度為5nm-15nm，所述金層或鉑層的厚度為70nm-130nm。

進(jìn)一步地，下層聚酰亞胺薄膜的厚度為7-12μm，上層聚酰亞胺薄膜的厚度為3-6μm。

一種制備所述的柔性薄膜傳感器的方法，包括：形成上下兩層聚酰亞胺膜和位于兩層聚酰亞胺膜之間的金屬敏感層的三疊層結(jié)構(gòu)，其中所述金屬敏感層用于將電池內(nèi)部的溫度變化轉(zhuǎn)化為電阻的變化，并通過電極引出，從而感知電池內(nèi)部的溫度。

進(jìn)一步地，包括如下步驟：形成下層聚酰亞胺膜；在所述下層聚酰亞胺膜上蒸鍍金屬敏感層；通過光刻工藝在所述金屬敏感層上方制作蛇形金屬層圖案；通過濕法刻蝕將所述蛇形金屬層圖案轉(zhuǎn)移到所述金屬敏感層上；在所述金屬敏感層上形成上層聚酰亞胺膜。

一種電池，包括設(shè)置在所述電池內(nèi)部的所述的柔性薄膜傳感器。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)對(duì)比的有益效果包括：

本發(fā)明提出了一種用于電池內(nèi)部溫度測(cè)量的柔性薄膜傳感器，其具有超薄結(jié)構(gòu)，當(dāng)其應(yīng)用于電池時(shí)，電池內(nèi)部環(huán)境溫度發(fā)生變化，該溫度變化直接作用于柔性薄膜傳感器，使得柔性薄膜傳感器的電阻發(fā)生變化，也即柔性薄膜傳感器中的金屬敏感層可以將電池內(nèi)部的溫度變化轉(zhuǎn)化為電阻的變化，并通過電極引出，從而感知電池內(nèi)部的溫度，其中，由雙層聚酰亞胺膜保護(hù)的金屬敏感層能夠在電池內(nèi)部穩(wěn)定工作，不會(huì)被電解液腐蝕，且柔性薄膜傳感器為超薄結(jié)構(gòu)，安裝在電池內(nèi)部(例如電極片上)，不影響電池原本的工作。