CN106711512A - 基于可测量电池内部温度装置的软包电池制作方法 - Google Patents

基于可测量电池内部温度装置的软包电池制作方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及电池生产技术领域，特别涉及一种基于可测量电池内部温度装置的软包电池制作方法。该基于可测量电池内部温度装置的软包电池制作方法，以测试部件和电池主体为基础装置，其特征为：测试部件组装为双线路板包夹固定热敏电阻，进行通路测试，之后进行表面绝缘处理和干燥处理；电池芯包的组装方式为双芯包夹测试部件，或将测试部件夹入单芯包内部，然后烘烤，进行短路测试；芯包组合完毕后入壳，根据裸电芯厚度进行顶侧封，再进行冷热压，测试温度数据编号，即相应引出导线和热敏电阻配对后编号，进行数据线性化处理。本发明可灵活调整整个测试部件在芯包中纵横向的位置，可根据需要灵活测试电池内部不同深度正负极片的温度。

Description

基于可测量电池内部温度装置的软包电池制作方法
（一）技术领域
本发明涉及电池生产技术领域，特别涉及一种基于可测量电池内部温度装置的软包电池制作方法。
（二）背景技术
单体锂离子软包电池由正极、负极、隔膜以及电解液和铝塑膜等组成。软包电池由于本身结构的特性，电池主体比较软，同时有不规整的铝塑膜包装边缘，电池的冷却散热不能直接进行，并且需要外部形状的支撑，所以软包电池的热结构设计需要规整的散热片结构，散热片结构的优化需要更准确的电池组热分布数据，为此软包单体的热分布的测量也必须得到优化。
电池的充放电过程的电化学反应是可逆反应。
磷酸铁锂材料电池反应方程式：
正极反应：LiFePO4⇔Li1-xFePO4+xLi++xe-；
负极反应：xLi++xe-+6C⇔LixC6；
总反应式：LiFePO4+6xC⇔Li1-xFePO4+LixC6。
放电过程，电池从左至右发生可逆反应，产生反应热。其主要产热反应包括：SEI膜分解，电解液分解，正极分解，负极与电解液反应，负极与粘结剂反应；还有电池内阻的存在也会产热。电池组各单体软包电池之间温度差异较小，对于提高电池组的充放电能力和使用寿命有积极意义；研究单体软包温度分布，对于改善电池电化学性能也具有积极意义；研究电池的热管理系统具有重要意义。
由于现有电池反应热的测试方法大多局限在软包电池表面使用热敏电阻等工具，在绝热条件下测试软包电池表面温度来推测电池反应热的分布，这种方法具有滞后性，有相当大的误差。基于可准确测量电池内部温度装置来制作软包电池，准确测量电池内部产热分布是可以实现的，直接在软包电池内部进行温度测量，可直接获取电池内部各部位反应热的第一时间的温度反馈，可准确得到反应热的温度分布情况。
（三）发明内容
本发明为了弥补现有技术的不足，提供了一种步骤简单、测量高效准确的基于可测量电池内部温度装置的软包电池制作方法。
本发明是通过如下技术方案实现的：
一种基于可测量电池内部温度装置的软包电池制作方法，以测试部件和电池主体为基础装置，包括如下步骤：
（1）测试部件组装为双线路板包夹固定热敏电阻，热敏电阻固定在双线路板间的镶嵌孔内，组装后的测试部件进行通路测试，之后进行表面绝缘处理和干燥处理；
（2）电池芯包的组装方式为双芯包夹测试部件，或将测试部件夹入单芯包内部，可实现正负极片和隔膜的温度直接测量，然后烘烤，进行短路测试；
（3）芯包组合完毕后入壳，根据裸电芯厚度进行顶侧封，硬封温度170-180℃，压力0.4-0.5MPa，时间4-5s；软封温度180-185℃，压力0.4-0.5MPa，时间4-5s；
（4）再进行冷热压，热压65℃-75℃，冷压常温，气缸压力0.5-0.6Mpa，增压0.2-0.3Mpa，冷热压时间各为55s-60s，增压时间各为30s；
（5）测试温度数据编号，即相应引出导线和热敏电阻配对后编号，可使用数字、字母等符号，进行数据线性化处理。
按以上步骤方法将测试装置和软包电池载体组装后就可以实现软包电池内部温度的测量。
本发明涉及到的部件包括测试部件和电池主体，测试部件和芯包组合环境条件要符合所选电池工艺的要求。测试部件包括线路板，热敏电阻探测器，导线等部件，电池主体为软包电池，电池芯包组装可以是叠片等方式。
本发明的更优技术方案为：
步骤（1）中，测试部件的侧封导线和外出导线一体，侧封导线端锡焊连接线路板电路，每条导线对应一个热敏电阻，对每条导线进行编号。
测试部件的干燥处理条件为，温度60-90℃，真空加热，1-2h换氮气一次，时间10-14h。
根据现实需求也能调整测试部件的各部件的组装和排列方式，即热敏电阻镶嵌孔在双线路板可正反交错排列也可以单向线性排列。
线路板厚度、宽度和长度甚至弯曲度可根据实际情况具体调整制作，基材PCB、FPC都可；电池线路板可选择柔板FPC，也可选择硬板PCB，只是尺寸和镶嵌孔数也要相应调整。
使用双芯包包夹双层板的测试装置是一个不错的选择，虽然不能直接测试所在层正负极反应的反应热，但是误差已经大幅减小，简单高效，测试精度已足够，而且对电池电化学反应不会造成影响；相对应的双板插入芯包的正极侧或负极侧测试效果和双芯包的效果基本相同，只是缺陷是这两种方法会影响到正负极片反应的一半的发挥。
对于直接测试正负极片温度反应，较好的方法是使用单板，FPC0.1mm板是较好选择，热敏电阻镶入镶嵌孔，热敏电阻高度略大于单板厚度，锡焊连接电路，镶嵌孔数量可以很大，其分布要密集，单板和热敏电阻的厚度尽可能小，不能影响到正负极片正常的反应，这种方法的缺点是技术要求高并且复杂
步骤（2）中，烘烤条件为，温度60-90℃，真空加热，1-2h换氮气一次，时间10-14h。
步骤（3）中，入壳顶侧封时，侧封导线在气囊的对面侧，即侧封侧；外出导线在侧封处引出，即气囊的对侧。
本发明的有益效果：
（1）线路板镶嵌热敏电阻探测器测量软包电池内部温度，测试部件的简单的平板结构设计和灵活的导线输出设计不影响电池顶侧封装及冷热平压；
（2）线路板和热敏电阻探测器的尺寸设计可以随芯包的主体尺寸变化而灵活调整；
（3）通过调整热敏电阻探测器在镶嵌线路板上的位置，可以灵活测试软包电池正负极片的不同部位温度；
（4）可灵活调整整个测试部件在芯包中纵横向的位置，可根据需要灵活测试电池内部不同深度正负极片的温度。
（四）附图说明
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
图1为本发明软包电池的主视结构示意图；
图2为本发明软包电池的俯视结构示意图；
图3为本发明测试部件的主视结构示意图。
图中，1外出导线，2侧封导线，3镶嵌孔，4线路板，5热敏电阻，6芯包，7胶带，8旅宿壳，9侧封位，10锡焊接位。
（五）具体实施方式
下面将结合本发明实施方式，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。
实施例：
本发明提供了一种基于可准确测量电池内部温度装置的软包电池制作方法，测试装置短路测试完毕后，要进行烘烤干燥处理，干燥参数：烘温80℃，真空烘烤时间12h，每2h换一次氮气。芯包6选择叠片芯包6为载体，在此选择磷酸铁锂型（湿混配料）使用内部型号50200125-EV10Ah工艺的软包叠片电池，使用的芯包干燥处理后要在室温和湿度≤20%的环境下进行组装。
如图3所示，将热敏电阻5嵌入相应线路板4的热敏电阻镶嵌孔3，测试各个热敏电阻5通路并保证线路板4的平整。线路板4的尺寸和热敏电阻镶嵌孔3的数量都要根据芯包6尺寸具体去定，比如这里线路板设置长度为183mm，宽度97mm，热敏电阻镶嵌孔3为27个。
如图2所示，线路板6厚度需热敏电阻镶嵌孔3排布方式和热敏电阻5的尺寸确定，即热敏电阻镶嵌孔3可双线路板4正反交错分布，或双线路板4单向分布，相应外出导线要调节在双线路板4上的位置（当然两种排布方式的外出导线都可达到27个，导线数量可以根据需要的测试点数量确定），热敏电阻5高度要稍大于线路板4的厚度约0.1mm；测试装置就组装完毕后要进行表面绝缘处理，这里选用耐电解液腐蚀绝缘胶进行绝缘处理。
如图1所示：
对于叠片芯包6测试装置的插入位置问题，根据工艺芯包6叠层本来是等距分布的17层正极和18层负极，由于负极必须包裹正极，一种方法较适合直接测试正极侧或负极侧的温度，选用的方法是要测试正极侧1到17层，选择需要测试的正极层，把测试装置小心插入所在层的正极片一侧，可以直接测试正极侧或负极侧的温度，缺点就是被测试极片的那一侧由于线路板的格挡，会阻碍正负极锂离子交换，造成极片在电池反应时一些部位会受损，这和线路板热敏电阻5数量和热敏电阻镶嵌孔3数量多少有一定关系；另一种方法是使用双芯包6，即双芯包6正极层数加起来共有17层，由于负极片必须要包住正极片，正极侧的测试中测试装置将隔着负极片和隔膜来测试所需正极片温度，而负极侧的测试也会隔着隔膜进行测试温度，这样的结果就是不能直接测试想获取正极侧或负极侧的温度，所以可以将芯包6稍微修改一下叠片方法，这种方法对叠片的要求很高，需手动叠片，但是对测试芯包6中间层温度是技术要求可以做到自动叠片，这两种方法可以灵活选择。
对于叠片软包电池，测试装置插入或被包裹层时，对于极片位置温度的测试就需要调试热敏电阻5的位置，根据热敏电阻5的尺寸和50200125软包电池尺寸，热敏电阻镶嵌孔3数量在这里设置等距的27个就可以覆盖整个极片，每个孔都是一个测量点，选择不同的测试点就能测试相应测试点的温度，为了能一次性多取几个测试点的温度数据，可选用双线路板4、热敏电阻5正反交错分布方式，最多可以一次性测得27个点的温度，当然27个测试点分布在2个极片上面，这种排布适用于相邻双极片温度测试的对比，所以双线路板4、热敏电阻5单向排布就可以满足单个极片的温度测量，其测试数量也能达到27个。
侧封导线2的引出方式，侧封导线2与线路板4的电路连接处使用锡焊连接，考虑到侧封导线2数量可能达27个，选择耐电解液腐蚀绝缘胶对锡焊连接处和侧封导线2进行绝缘处理。每条导线与相应的热敏电阻5都有编号，在这里选择数字编号1-27不等。
电芯超焊完毕后，要进行入壳顶侧封，测量芯包6厚度后，冲壳出相应尺寸的铝塑壳8，顶侧封时，注意侧封导线2会集中在铝塑壳8侧面，被侧封，所以侧封导线2要在侧封面上按顺序排列整齐，首先进行硬封，硬封顶封温度175℃，时间5s，侧封温度170℃，时间4s；压力0.5Mpa，其他要求按50200125软包工艺执行。软封只选择侧封，温度180℃，时间4s，压力0.4Mpa。顶侧封完成后，除平压参数因电池厚度变化修改外，其他按50200125工艺执行制作电池，冷热平压参数：热压70℃，冷压常温，气缸压力0.6Mpa，增压0.3Mpa，冷热压时间各为55s，增压时间各为30s。
电池制作完毕后，连接外出导线1和数据接收器后检查电路，确认安全通路后方可进行实验，为了获取丰富的实验数据又不使资源的过多浪费，电池数量可根据电池内测试点的位置设置进行控制。测试部件的材质都为耐电解液腐蚀材质。
以上仅表达了本发明的一种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (5)

1.一种基于可测量电池内部温度装置的软包电池制作方法，以测试部件和电池主体为基础装置，其特征为，包括如下步骤：（1）测试部件组装为双线路板包夹固定热敏电阻，热敏电阻固定在双线路板间的镶嵌孔内，组装后的测试部件进行通路测试，之后进行表面绝缘处理和干燥处理；（2）电池芯包的组装方式为双芯包夹测试部件，或将测试部件夹入单芯包内部，然后烘烤，进行短路测试；（3）芯包组合完毕后入壳，根据裸电芯厚度进行顶侧封，硬封温度170-180℃，压力0.4-0.5MPa，时间4-5s；软封温度180-185℃，压力0.4-0.5MPa，时间4-5s；（4）再进行冷热压，热压65℃-75℃，冷压常温，气缸压力0.5-0.6Mpa，增压0.2-0.3Mpa，冷热压时间各为55s-60s，增压时间各为30s；（5）测试温度数据编号，即相应引出导线和热敏电阻配对后编号，进行数据线性化处理。
2.根据权利要求1所述的基于可测量电池内部温度装置的软包电池制作方法，其特征在于：步骤（1）中，测试部件的侧封导线和外出导线一体，侧封导线端锡焊连接线路板电路，每条导线对应一个热敏电阻，对每条导线进行编号。
3.根据权利要求1所述的基于可测量电池内部温度装置的软包电池制作方法，其特征在于：步骤（1）中，测试部件的干燥处理条件为，温度60-90℃，真空加热，1-2h换氮气一次，时间10-14h。
4.根据权利要求1所述的基于可测量电池内部温度装置的软包电池制作方法，其特征在于：步骤（2）中，烘烤条件为，温度60-90℃，真空加热，1-2h换氮气一次，时间10-14h。
5.根据权利要求1所述的基于可测量电池内部温度装置的软包电池制作方法，其特征在于：步骤（3）中，入壳顶侧封时，侧封导线在气囊的对面侧，即侧封侧；外出导线在侧封处引出，即气囊的对侧。
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