CN108511783A - 一种锂电池 - Google Patents

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Abstract

一种锂电池，包括电芯和外壳，电芯设置在外壳内，电芯包括正极片、负极片及隔膜，其特征在于所述正极片或/和负极片与隔膜之间设置有光纤光栅离子浓度传感器。本发明的优越性为用监测锂离子浓度来判断反应过程中锂电池的充放电状态，能直接和准确的判断电池的电化学过程。

Description

一种锂电池
(一)技术领域
本发明涉及一种锂电池，特别涉及一种内置检测离子浓度传感器的锂电池。
(二)背景技术
锂电池具有电压高、比能量高、循环使用次数多、存储时间长等优点，不仅在便携式电子设备上如移动电话、数码摄像机和手提电脑得到广泛应用，而且也广泛应用于电动汽车、电动自行车以及电动工具等大中型电动设备方面，因此对锂离子电池的性能要求越来越高。锂电池的内部结构是由正负电极片和隔膜组成，电池在使用过程中会产生大量的热量，影响其电池的循环寿命和安全，尤其是对大容量电池的影响较大，实时监测锂电池内部电化学反应情况是判断电池健康状况的关键。在现有技术中都是通过反应规程中的其他反馈间接获取锂电池的工作状况，比如温度、电压等。因此，研究一种新型的内置检测离子浓度传感器的已为急需。
(三)发明内容
本发明针对上述现有技术的不足而提供一种能实现电池内部锂离子浓度监测的锂电池。
本发明为解决上述问题所采用的技术方案为：一种锂电池，包括电芯和外壳，电芯设置在外壳内，电芯包括正极片、负极片及隔膜，其特征在于所述正极片或负极片与隔膜之间设置有光纤光栅离子浓度传感器。本发明的优越性为用监测锂离子浓度来判断反应过程中锂电池的充放电状态，能直接和准确的判断电池的电化学过程。
当电池充电和放电时，锂离子在正、负极之间进行交换，正负极片之间的微孔薄膜可以通过锂离子，在隔膜两边的锂离子浓度反应了锂电池的充放电情况，当其锂离子浓度出现异常时，表示电池的循环过程出现了异常，也预示着电池即将发生热失控等问题。在正负极片和隔膜之间设置监测离子浓度传感器，能够实时了解锂离子的扩散情况，判断电池的工作状态，从而更好的控制电池的热失控和其他的电池事件。
随着光纤光栅的发展和制作技术的日渐成熟，其应用领域越来越广泛。由于光纤光栅易受到外界折射率的影响，且其灵敏度较高，已经开始应用于溶液浓度检测。将光纤光栅传感器与液体的光效应相结合，实现对液体浓度的检测。光纤光栅作为浓度传感器是由传感光栅与电解液接触后，在锂电池的充放电的电化学过程中，锂离子浓度在正负极之间脱嵌过程不断发生改变，由于其浓度的变化，光效应产生的信号发生改变。将光纤光栅的包层做化学腐蚀处理后，将被测液体直接作为光纤光栅的包层，当被测液体的折射率或浓度变化时，也会导致反射光盘的变化，利用这一原理，也可以实现液体折射率或浓度的测量，从而实现离子浓度的检测。
本发明还具有如下优点及有益效果：
1.实现了对锂电池组的实时监控，能够对锂电池的工作状态进行实时监控。
2.实现了对锂电池组的安全管理，增长了电池寿命。提供了安全管理策略和均衡管理，使电池保持较好的一致性，可有效提高电池的寿命。
本发明的特征在于所述锂离子浓度传感器设置在正极片与隔膜之间。这样，锂离子浓度传感器用于监测在正极片和隔膜之间电解质中锂离子浓度的扩散情况，检测正极材料的变化情况。
本发明的特征在于所述锂离子浓度传感器设置在负极片与隔膜之间。这样，由于负极需要保持一定的锂离子浓度才能保证电极片结构的稳定性，在负极这一侧设置锂离子浓度传感器，及时得到锂离子浓度值，可以防止过放时锂离子过多的迁出。
本发明的特征还在于正极片或负极片与隔膜之间设置有加热组件，加热组件包括加热片、单面涂布电极材料的正极片和负极片，正极片和负极片未涂布涂层的一面分别贴合于加热片的两面。这样，在电池温度过低时，加热组件能及时加热。加热组件具有结构简单，设计合理，生产工艺简单，发热均匀、热量转换快、加热效率高等优点。
本发明的特征在于加热组件的连接引线的末端设置有接头。这样，方便与电池内部各部件的连接。
本发明的特征在于锂离子浓度传感器设置在加热组件上。这样，节约了传感器在电池内部所占的空间，将对电池的电化学过程的影响降到最低。
本发明的特征在于锂离子浓度传感器的连接引线末端设置有接头。这样，方便锂离子浓度传感器方便与电池其他部件连接。
本发明的特征在于所述外壳的封口部位内外双向封闭式接口，内置端接口用于连接锂离子浓度传感器的接头或加热组件的接头，外置端接口用于与检测分析设备连接。这样，方便各部件连接。
本发明的特征在于锂离子浓度传感器直接放置在正极片或负极片与隔膜之间。这样，便于安装和固定。
本发明的特征在于锂离子浓度传感器固定在正极片或负极片上。这样，可以稳定传感器防止其在电池内部移动。
本发明的特征在于正极片涂布层的材料为磷酸铁锂、钴酸锂或三元材料。
本发明的特征在于负极片涂布层的材料为石墨材料。
(四)附图说明
图1是本发明实施例1的结构示意图。
图2是光纤光栅离子浓度传感器示意图。
图3是光纤光栅离子浓度传感器在锂电池中的位置示意图。
图4是本发明实施例2的结构示意图。
图5是图4的俯视图。
图6是本发明实施例3的结构示意图。
图中，1、电芯，2、外壳，3、正极片，4、负极片，5、隔膜，6、光纤光栅离子浓度传感器，7、封口板，8、接头，9、双向接口，10内置端接口，11、外置端接口。
(五)具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
如图1、2、3所示，一种锂电池，包括电芯1和外壳2，电芯1设置在外壳2内，电芯1包括正极片3、负极片4及隔膜5，隔膜5以Z字型卷绕方式将正极片3和负极片4绝缘隔开，正负极片上设置有极耳，外壳2包括壳顶和壳体，壳顶部设置有极柱和接口孔。图1所述正极片3与隔膜5之间设置有光纤光栅离子浓度传感器6。图2是光纤光栅离子浓度传感器6结构，图3所示为光纤光栅离子浓度传感器在电芯中的位置，其一端设置有接头8。
本发明的特征还在于所述光纤光栅离子浓度传感器6设置在负极片4与隔膜5之间。如图4、5所示电芯1包括正极片3、负极片4及隔膜5，隔膜5以Z字型卷绕方式将正极片3和负极片4绝缘隔开，正负极片上设置有极耳，所述负极片4与隔膜5之间设置有光纤光栅离子浓度传感器6。
本发明的特征还在于所述外壳2，图6所示，外壳2包括壳顶和壳体，壳顶的封口板7设置有封闭式的双向接口9，内置端接口10用于连接光纤光栅离子浓度传感器6的接头8，外置端接口11用于与检测分析设备连接。
本发明的特征还在于光纤光栅离子浓度传感器6直接放置在正极片3或负极片4与隔膜5之间。
本发明的特征还在于光纤光栅离子浓度传感器6固定在正极片3或负极片4上。
本发明的特征还在于正极片涂布层的材料为磷酸铁锂、钴酸锂或三元材料。
本发明的特征还在于负极片涂布层的材料为石墨材料。

Claims (8)

1.一种锂电池，包括电芯(1)和外壳(2)，电芯(1)设置在外壳(2)内，电芯(1)包括正极片(3)、负极片(4)及隔膜(5)，其特征在于所述正极片(3)或/和负极片(4)与隔膜(5)之间设置有光纤光栅离子浓度传感器(6)。
2.根据权利要求1所述的锂电池，其特征在于光纤光栅离子浓度传感器(6)固定在正极片(3)或/和负极片(4)上。
3.根据权利要求2所述的锂电池，其特征在于所述光纤光栅离子浓度传感器(6)设置在正极片(3)或/和负极片(4)中心区域。
4.根据权利要求1至3中任一权利要求所述的锂电池，其特征在于所述光纤光栅离子浓度传感器(6)设置在电池外壳(2)的封口板(7)处。
5.根据权利要求1至3中任一权利要求所述的锂电池，其特征在于光纤光栅离子浓度传感器(6)的末端设置有接头(8)。
6.根据权利要求5所述的锂电池，其特征在于所述外壳(2)的封口部位设置有封闭式的双向接口(9)，内置端接口(10)用于连接光纤光栅离子浓度传感器(6)的接头(8)，外置端接口(11)用于与检测分析设备连接。
7.根据权利要求1至3中任一权利要求所述的锂电池，其特征在于正极片(3)涂布层的材料为磷酸铁光纤光栅、钴酸光纤光栅或三元材料。
8.根据权利要求1至3中任一权利要求所述的锂电池，其特征在于负极片(4)涂布层的材料为石墨材料。
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