CN108511832A - 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薄膜温度传感器。薄膜温度传感器其厚度可达到几微米，将热敏材料结合薄膜成型的研究使得薄膜温度传感器设置于电池的极片与隔膜之间，最直接有效的测量电池内部的温度变化。而且，薄膜温度传感器体积小，薄膜温度传感器设置在电池的正极片或/和负极片与隔膜之间，不受恶劣环境影响。
Description
(一)技术领域
本发明涉及一种锂电池，特别涉及一种内置薄膜温度传感器的锂电池。
(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温度变化情况能最直接有效判断电池健康状况。在现有技术中都是通过在电芯的极耳处或者电芯与电芯之间、电芯和外壳之间设置温度传感器来监测电池温度的变化情况，然而这与电芯的发热源的温度变化真实情况会存在一些滞后。
监测温度变化一般采用温度传感器，目前一般的温度传感器从传感介质的性质上大致可以分为热胀冷缩型(如液体温度计，双金属片温度计等)、电阻率温度传感器(如铂金温度传感器等)、相变温度传感器等。但这些温度传感器的应用存在一些局限性，主要表现在体积大，不适用于恶劣环境以及价格昂贵等方面。期望用温度传感器对电池内部温度进行测定，那么对于温度传感器的性能要求就要更高，高灵敏度、小体积的传感器是最主要的性能要求。因此，研究一种新型的内置温度传感器的锂电池已为急需。
(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温度监测的锂电池。
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薄膜温度传感器。薄膜温度传感器其厚度可达到几微米，将薄膜温度传感器设置在电池极片和隔膜之间能直接有效的测量电池内部的温度变化。而且，薄膜温度传感器体积小，薄膜温度传感器设置在电池的正极片或负极片与隔膜之间，不受恶劣环境影响。
此外，本发明还具有如下优点及有益效果：
1.能实时监测电芯内部的温度，及时反映电池的工作温度情况，提升电池使用的安全性并及时作出电池热失控事件的应对措施。
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薄膜温度传感器设置在正极片与隔膜之间。传感器用于监测在正极片和隔膜之间温度情况，检测正极材料附近的温度变化情况。
本发明的特征还在于所述薄膜温度传感器设置在负极片与隔膜之间。传感器用于监测在负极片和隔膜之间温度情况，检测负极材料附近的温度变化情况。
本发明的特征还在于薄膜温度传感器包括衬底，金属电阻层和固定在电阻层上的连接引线，引线另一端设置有接头。比如：该接头用于接入温度控制系统。连接引线可以直接与电池壳体预设的接头连接。连接引线可通过玻璃烧结等固定结构固定在衬底上。这样，薄膜温度传感器的结构更简单，容易实现。
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、负极片，正极片未涂布涂层的一面贴合于加热片的一面，负极片未涂布涂层的一面贴合于加热片的另一面。加热组件的正极片对应电芯内负极片，加热组件的负极片对应电芯内的正极片。加热组件的极片与电芯极片之间设置有隔膜。加热片包括绝缘膜层和绝缘薄膜层之间的发热部件，所述发热部件与所述绝缘薄膜层紧密贴合。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。
本发明的特征还在于加热组件的连接引线的末端设置有接头。这样，方便与电池内各部件连接。
本发明的特征还在于薄膜温度传感器设置在加热组件上。这样，元件的集成可以充分利用加热组件的空间，降低在电芯中的占用空间，同时提高组件的工作效率，当薄膜温度传感器检测到的温度过低时，启动加热组件为电芯加热。
本发明的特征还在于薄膜温度传感器的连接引线末端设置有接头。这样，将传感器设置在电芯内时，通过接头与外部电路连接，对电芯内温度进行测试。
本发明的特征还在于所述外壳的封口部位设置有封闭式的双向接口，内置端接口用于连接薄膜温度传感器的接头或/和加热组件的接头，外置端接口用于与检测分析设备连接。这样，方便电池内各部件连接。
本发明的特征还在于薄膜温度传感器固定在正极片或负极片上。这样，防止薄膜温度传感器发生位移，能有效的控制所需测量点的温度。
本发明的特征还在于所述薄膜温度传感器贯通正极片或负极片的两端。这样，传感器能接触从极片边缘到中心区域，可以检测到整个正极片或负极片的温度。
本发明的特征还在于所述薄膜温度传感器设置在正极片或负极片中心区域。极片中心区域一般是电池最易发热的部位，因此，将薄膜温度传感器设置在正极片或负极片中心区域，可以将电池的温度变化传递给控制中心，当温度达到警戒温度时，通过系统对电池采用相应的控制。
本发明的特征还在于所述薄膜温度传感器分布在靠近极耳端区域。这样，方便进行维修和更换故障传感器。
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。
(四)附图说明
图1是本发明实施例1的示意图。
图2是薄膜温度传感器的示意图。
图3是薄膜温度传感器6在锂电池中的位置示意图。
图4是本发明实施例2的示意图。
图5是图4的俯视图。
图6至图11是本发明中薄膜温度传感器6的结构示意图。
图12是本发明实施例3的示意图。
图13是本发明实施例4的示意图。
图14是本发明实施例5的示意图。
图15是图14中传感器设置在加热片上，将两者的接头集成在一起的示意图。
图16是本发明实施例6的示意图。
图中，1、电芯，2、外壳，3、正极片，4、负极片，5、隔膜，6、薄膜温度传感器，7、衬底，8、金属电阻层，9、传感器连接引线，10、传感器接头，11、加热组件，12、加热片，13、加热组件连接引线，14、加热组件接头，15、双向接口，16、内置端接口，17、外置端接口，18、固定结构，19、集成接头。
(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之间设置有薄膜温度传感器6，传感器一端为输出端，延伸至电池外。
本发明的特征还在于如图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之间设置有薄膜温度传感器6。
本发明的特征还在于薄膜温度传感器6包括衬底7，金属电阻层8和固定在电阻层8上的连接引线9。如图6、7、8所示，薄膜温度传感器6包括衬底7，金属电阻层8和固定在电阻层8上的连接引线9，连接引线9通过固定结构18固定。图6所示金属电阻层8与衬底7尺寸一致，完全覆盖在衬底7上，连接引线9通过固定结构18固定在金属电阻层8表面，接入外部电路。图7所示金属电阻层8小于衬底7尺寸，部分覆盖在衬底7上，连接引线9通过固定结构18固定在金属电阻层8表面并沿着衬底7延伸出来，接入外部电路。图8所示连接引线9嵌入在衬底7中并露出一部分表面积，金属电阻层8覆盖在已嵌入连接引线9的衬底7上并与连接引线9在衬底7上露出的一部分面积接触。
本发明的特征还在于薄膜温度传感器6包括衬底7，金属电阻层8和固定在电阻层8上的连接引线9，连接引线的一段设置有接口10。图9所示金属电阻层8与衬底7尺寸一致，完全覆盖在衬底7上，连接引线9通过固定结构18固定在金属电阻层8表面，连接引线的一段设置有接口10接入外部电路。图10所示金属电阻层8小于衬底7尺寸，部分覆盖在衬底7上，连接引线9通过固定结构18固定在金属电阻层8表面并沿着衬底7延伸出来，连接引线的一段设置有接口10接入外部电路。图11所示连接引线9嵌入在衬底7中并露出一部分表面积，金属电阻层8覆盖在已嵌入连接引线9的衬底7上并与连接引线9在衬底7上露出的一部分面积接触，连接引线的一段设置有接口10。
本发明的特征还在于正极片3或负极片4与隔膜5之间设置有加热组件11，加热组件11包括加热片12、涂布单面电极材料的正极片3和涂布单面电极材料的负极片4。其中，正极片3未涂布涂层的一面贴合在加热片12的一面，负极片4未涂布涂层的一面贴合于加热片12的另一面。如图12所示，正极片和负极片4与隔膜5之间设置有加热组件11。如图13、14所示，加热组件11包括加热片12、涂布单面电极材料的正极片3、负极片4，正极片3和负极片4未涂布涂层的一面分别贴合于加热片12的两面。加热组件设置在电芯内，电芯包括正极片3、负极片4和隔膜5，正负极片上都设置有极耳。加热组件11设置有连接引线13，连接引线13的末端设置有接头14。
本发明的特征还在于薄膜温度传感器6设置在加热组件11上。如图14所示电芯结构，电芯包括正极片3、负极片4和隔膜5，正负极片上都设置有极耳。薄膜温度传感器6设置在加热组件11上。加热组件11包括加热片12，其中设置有加热金属丝。如图15所示，薄膜温度传感器6设置在加热组件11上，薄膜温度传感器6的接头与加热组件的接头集成为在一个接头19处。
本发明的特征还在于所述外壳2包括壳顶和壳体，壳顶封口部位设置有封闭式的双向接口15，内置端接口16用于连接薄膜温度传感器6的接头10或加热组件11的接头14，外置端接口17用于与检测分析设备连接。如图16所示，外壳2的封口部位设置有封闭式的双向接口15，内置端接口16用于连接薄膜温度传感器6的接头10或/和加热组件11的接头14，外置端接口17用于与检测分析设备连接。
本发明的特征还在于薄膜温度传感器6直接放置在正极片3或负极片4上。
本发明的特征还在于薄膜温度传感器6固定在正极片3或负极片4上。
本发明的特征还在于所述薄膜温度传感器6贯通正极片3或负极片4的两端。
本发明的特征还在于所述薄膜温度传感器6设置在正极片3或负极片4中心区域。
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 (9)
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)之间设置有薄膜温度传感器(6)。
2.根据权利要求1所述的锂电池，其特征在于薄膜温度传感器(6)包括衬底(7)，金属电阻层(8)和固定在电阻层(8)、固定结构(18)和连接引线(9)，引线(9)另一端设置有接头(10)。
3.根据权利要求2所述的锂电池，其特征在于正极片(3)与隔膜(5)之间设置有加热组件(11)，加热组件(11)包括加热片(12)、单面涂布电极材料的正极片(3)和负极片(4)，正极片(3)和负极片(4)未涂布涂层的一面分别贴合于加热片(12)的两面。
4.根据权利要求3所述的锂电池，其特征在于加热组件(11)的连接引线(13)的末端设置有接头(14)；其特征还在于薄膜温度传感器(6)设置在加热组件(11)上；其特征还在于加热组件(11)的接头(14)与薄膜温度传感器(6)的接头(10)集成在一个接头(19)处。
5.根据权利要求1至3中至任一权利所述的锂电池，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(15)，内置端接口(16)用于连接薄膜温度传感器(6)的接头(10)或/和加热组件(11)的接头(14)，外置端接口(17)用于与检测分析设备连接。
6.根据权利要求1至3中任一权利要求所述的锂电池，其特征在于薄膜温度传感器(6)直接放置在正极片(3)或/和负极片(4)上；其特征还在于薄膜温度传感器(6)固定在正极片(3)或/和负极片(4)上；其特征还在于所述薄膜温度传感器(6)贯通正极片(3)或/和负极片(4)的两端。
7.根据权利要求1至3中任一权利要求所述的锂电池，其特征在于所述薄膜温度传感器(6)设置在正极片(3)或/和负极片(4)中心区域。
8.根据权利要求1至3中任一权利要求所述的锂电池，其特征在于正极片涂布层的材料为磷酸铁锂、钴酸锂或三元材料。
9.根据权利要求1至3中任一权利要求所述的锂电池，其特征在于负极片涂布层的材料为石墨材料。
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