聚酰亚胺胶带锂电池原位温度监测的柔性薄膜传感器研究

时间：2020-03-13

现有的电池内部温度监测技术要么缺少空间分辨率，要么跟标准的电池单元组装过程不兼容。Forgez C 等人通过破坏性在电池内部插入直径为1 mm 的工业热电偶实现锂电池的内部温度测量。研发了一种伸入电池内部的4 个探针技术，更准确地监测电池的正极温度，该技术从外表看并不需要额外的内置传感器，易于在电池管理系统中应用。研究发现电池内部温度与其阻抗有一定的内在关系，主要体现在荷电状态( state-ofcharge，SoC) 无关性和石墨表面形成的固体电解质膜( solidelectrolyte-interphase，SEI) 层阻抗的温度相关性上，这就使得这种方法仅适用于石墨制成阳极的锂离子电池，并且只有在SEI 层特性不变的情况下才能得出可靠的测量结果。

研究了一种制备柔性薄膜传感器的新方法，并将薄膜传感器转移至电池电流集电器，然后嵌入进软包锂电池进行内部温度原位监测，解决了多层薄膜传感器在粗糙、柔性、金属基底上直接制备的问题。相比于薄膜热敏电阻较高的空间折射率，薄膜热电偶的交接口更小，但热电偶对应变电阻值的变化不敏感。而且植入步骤很容易融入到任意标准的软包电池组装过程中，且放在软包电池的薄膜热电偶( thin-film thermocouples，TFTC) 传感器成功捕获到了高充放电倍率时的内部瞬态温度的变化。

研究给出了植入温度传感器的聚酰亚胺从玻璃基底到薄铜箔的制备和转移过程。聚酰亚胺植入传感器，并粘贴在铜箔上，使得传感系统易弯曲、轻薄精巧，并且可导电。在干燥室中方便地将传感器组装进软包锂电池中，同时将传感器的电极引脚露出。在不同的充放电循环过程中可靠的测量锂电池的温度。热生成率半定量地与测量的温度上升曲线相关联，假设在高速率放电条件下电池内的热生成率起主导作用。技术如应用在电池管理系统中，将在实现单个电池原位监测方面具有很大的前景。电池运行过程中获得的原位温度历史数据有利于改善电池设计，同时为锂离子电池包热建模和仿真研究提供基准。本文提出的柔性微型传感器还可以应用于传感器层需要绑定在易弯曲或者自由形态物体上的其他场合中。

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