CN109238512A - 一种锂离子电池内部温度测试方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及电池性能测试技术领域，提供一种锂离子电池内部温度测试方法，包括：制作被测锂离子电池，被测锂离子电池内卷芯的极耳处连接一第一测温线的一端，第一测温线的另一端伸出被测锂离子电池外；将制作完成的被测锂离子电池静置预设时间；将一第二测温线的一端连接于被测锂离子电池的外部；将第一测温线伸出的另一端及第二测温线的另一端分别与测试仪器连接；对被测锂离子电池进行充放电，并通过测试仪器记录在充放电过程中第一测温线与第二测温线的温度变化情况，比对第一测温线与第二测温线的温度差异，获得被测锂离子内部温度变化情况。相对现有技术来说，具有测温精准的优点，从而有利于对锂离子电池的安全设计取得重大突破。
Description
技术领域
本发明涉及电池性能测试技术领域，尤其是提供一种锂离子电池内部温度测试方法。
背景技术
随着计算机、移动电子产品、娱乐以及通讯设备的迅速发展，其关键组成部分锂离子电池由于具有能量密度高、循环寿命长、安全无污染等优点受到了广泛的关注；近年来，锂离子电池在电动汽车、航天航空等方面也展现出巨大的应用前景。
但是随着锂离子电池能量密度的不断提高，其安全性能成为锂离子电池使用的重要制约因素之一；其中，锂离子电池在使用过程中内部温度的高低决定了锂离子电池安全性能的好坏。
为了提高锂离子电池的安全性能，十分有必要了解锂离子电池在使用过程中内部的产热机理和实际温度情况；而目前所使用的测温方法只能监控电池表面的温度，这与锂离子电池内部的实际温度存在偏差，从而导致无法真正了解锂离子电池内部的实际温度情况，无法对锂离子电池进行可靠地安全设计。
发明内容
本发明的目的在于提供一种锂离子电池内部温度测试方法，旨在解决现有技术中无法提高锂离子电池内部温度准确性的技术问题。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种锂离子电池内部温度测试方法，包括：
制作被测锂离子电池，所述被测锂离子电池内卷芯的极耳处连接第一测温线的一端，所述第一测温线的另一端伸出所述被测锂离子电池外；
将制作完成的所述被测锂离子电池静置预设时间；
将第二测温线的一端连接于所述被测锂离子电池的外部；
将所述第一测温线伸出的另一端及所述第二测温线的另一端分别与测试仪器连接；
对所述被测锂离子电池进行充放电，并通过所述测试仪器记录在充放电过程中所述第一测温线与所述第二测温线的温度变化情况，比对所述第一测温线与所述第二测温线的温度差异，获得所述被测锂离子内部温度变化情况
本发明中，通过第一测温线将电池内部的极耳处的温度信息传递给测试仪器，并同时通过第二测温线将电池外部的温度信息传递给测试仪器，这样，同时监控被测锂离子电池内部与外部的温度差异，定性表征极耳处产热和放热的快慢，使技术人员能更好地了解掌握电池内部温度变化情况，帮助指导技术人员更好地设计出安全、可靠的锂离子电池。
进一步地，在制作所述被测锂离子电池时，于所述被测锂离子电池的壳体侧壁且靠近底部处设置一小孔，将所述第一测温线的一端由所述小孔处伸入与所述极耳连接。在壳体侧壁靠近底部处设置小孔，不仅方便将第一测温线与极耳连接，而且，不会对电池的充放电循环过程造成破坏。
进一步地，所述小孔设置位置距离所述被测锂离子电池的壳体底部0.5mm-4mm。将小孔位置设置此具体范围时，一方面，在工艺上方便实现，并保证壳体后序的正常滚槽和封口，另一方面，降低第一测温线对卷芯置于壳体内的干扰，同时也有效缩短了第一测温线的使用长度。
进一步地，所述小孔的直径为0.5mm-2mm。将小孔的直径设置在此范围内，在满足第一测温线的线径与小孔匹配，方便拉扯第一测温线，避免第一测温线于小孔处卡住的前提下，小孔的直径较小也便于后序密封以及被测锂离子电池的封口，避免出现漏液。
进一步地，在制作所述被测锂离子电池时，所述极耳处与所述第一测温线的一端连接前，将所述极耳处表面涂覆导热胶硅层，在连接时，将所述第一测温线的一端与所述导热硅胶层连接。由于导热硅胶的导热系数很高，导热性能很好，在极耳处表面涂覆导热胶硅层，这样，利用第一测温线监控的温度更加接近于卷芯内部的实际温度；同时，因导热硅胶具有良好的绝缘性，在一定程度上有效避免了第一测温线与极耳处直接接触而造成被测锂离子电池短路现象的发生，提高了被测锂离子电池测试的安全性。
进一步地，将所述极耳处表面涂覆导热胶硅层后进行烘干处理，烘干完成后将所述第一测温线的一端与所述导热硅胶层连接。采用烘干处理，使极耳表面的导热胶硅层更牢固，更可靠。
进一步地，所述极耳处与所述第一测温线通过高温胶带固定连接。高温胶具有优异绝缘性，耐穿性，耐酸碱、耐溶剂等性能，能在极耳处起到良好的固定作用，同时又不影响电池的性能。
进一步地，在制作所述被测锂离子电池时，所述被测锂离子电池的壳体底部设有用于隔离所述卷芯的绝缘垫片，所述绝缘垫片中心具有中心孔，所述绝缘垫片沿径向方向上设有与所述中心孔导通的以供所述第一测温线通过的缺口。在绝缘垫片设置缺口供第一测温线通过，以使绝缘片平整的装配在壳体内，达到降低卷芯占用壳体内部空腔高度的目的，有利于后序滚槽工序的进行。
进一步地，在制作所述被测锂离子电池时，在将所述第一测温线通过所述小孔穿入所述被测锂离子电池壳体内与所述极耳处固定连接后且向所述被测锂离子电池壳体内注液前，通过密封胶将所述小孔密封。密封胶具有耐高温，可重复多次固化，不含任何有机溶剂(不会对电池产生影响)等诸多优点，化学稳定性好，易操作。
进一步地，通过所述密封胶将所述小孔密封后，将所述被测锂离子电池壳体及位于其内的所述卷芯进行固化，直至所述密封胶凝固。通过固化使密封胶凝固，使密封胶的密封效果更好。
本发明技术方案的有益效果：
本发明的技术方案中，通过第一测温线将电池内部极耳处的温度信息传递给测试仪器，并同时通过第二测温线监控电池外部的温度信息，这样，同时监控被测锂离子电池内部与外部的温度差异，定性表征极耳处产热和放热的快慢，且这种测试方法简单、易操作，测试结果准确，使技术人员能更好地了解掌握电池内部温度变化情况，能更好指导技术人员设计出安全、可靠的锂离子电池。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的锂离子电池内部温度的测试方法的流程图；
图2为本发明实施例中被测锂离子电池预充电阶段的数据记录图；
图3为本发明实施例中被测锂离子电池在0.5C条件下充电阶段的数据记录图；
图4为本发明实施例中被测锂离子电池在0.5C条件下放电阶段的数据记录图；
图5为本发明实施例中被测锂离子电池在2C条件下充电阶段的数据记录图；
图6为本发明实施例中被测锂离子电池在2C条件下放电阶段的数据记录图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
参照图1，本发明实施例提供的一种锂离子电池内部温度测试方法，包括以下工艺步骤：
S1、制作被测锂离子电池，被测锂离子电池内卷芯的极耳处连接一第一测温线的一端，第一测温线的另一端伸出被测锂离子电池外；
S2、将制作完成的被测锂离子电池静置预设时间；
S3、将一第二测温线的一端连接于所述被测锂离子电池的外部；
S4、将第一测温线伸出的另一端及所述第二测温线的另一端分别与测试仪器连接；
S5、对被测锂离子电池行进行充放电，并通过测试仪器记录在充放电过程中第一测温线与第二测温线的温度变化情况，比对第一测温线与第二测温线的温度差异，获得被测锂离子内部温度变化情况。
本发明实施例提供的一种锂离子电池内部温度测试方法中，通过第一测温线将电池内部的极耳处的温度信息传递给测试仪器，并同时通过第二测温线将电池外部的温度信息传递给测试仪器，这样，同时监控被测锂离子电池内部与外部的温度差异，定性表征极耳处产热和放热的快慢，且这种测试方法简单、易操作，测试结果准确，使技术人员能更好地了解掌握电池内部温度变化情况，帮助指导技术人员更好地设计出安全、可靠的锂离子电池。
需要说明的是，在其他实施例里，上述步骤S2、S3可以互换，即也可以先将第二测温线的一端先连接于被测锂离子电池外部，再将被测锂离子电池静置。当然，在连接时不能出现使被测锂离子电池发生晃动、震动或倾倒等情况。
具体地，在上述步骤S1中，在制作被测锂离子电池时，其主要步骤遵循常规锂离子电池的制作步骤，并在其中几个步骤中有所改进。
具体地，在预备锂离子电池的壳体后，在壳体侧壁靠近底部处设置一小孔。
本实施例中，小孔位置设置在距离被测锂离子电池的壳体底部0.5mm-4mm。一方面，在工艺上方便实现，并保证壳体后序的正常滚槽和封口，另一方面，降低第一测温线对卷芯置于壳体内的干扰，同时也有效缩短了第一测温线的使用长度；同时，将小孔设置在此范围位置处，对电池的性能不会产生影响。
本实施例中，小孔的直径为0.5mm-2mm。将小孔的直径设置在此范围内，在满足第一测温线的线径与小孔匹配，方便拉扯第一测温线，避免第一测温线于小孔处卡住的前提下，小孔的直径较小也便于后序小孔密封以及被测锂离子电池的封口，避免出现漏液。
本实施例中，在制作锂离子电池的卷芯时，在极耳处表面涂覆导热胶硅层后进行烘干处理，烘干完成后将第一测温线的一端与导热硅胶层连接。由于导热硅胶的导热系数很高，导热性能很好，在极耳处表面涂覆导热胶硅层，这样，利用第一测温线监控的温度更加接近于卷芯内部的实际温度；同时，因导热硅胶具有良好的绝缘性，在一定程度上有效避免了第一测温线与极耳处直接接触而造成被测锂离子电池短路现象的发生，提高了被测锂离子电池测试的安全性。
进一步地，将第一测温线的一端与导热硅胶层连接时，利用高温胶固定连接。高温胶带又称聚酰亚胺胶带,经过特殊处理的耐高温绝缘材料聚酰亚胺薄膜为基材，具有优异绝缘性，耐穿性，耐酸碱、耐溶剂等性能，能在极耳处起到良好的固定作用，同时又不影响电池的性能。当然，在其他实施例里，高温胶带也可以采用其他同性能的胶带替代。
进一步地，在制作被测锂离子电池时，被测锂离子电池的壳体底部设有用于隔离卷芯的绝缘垫片，绝缘垫片中心具有中心孔，绝缘垫片沿径向方向上设有与中心孔导通的以供第一测温线通过的缺口。在绝缘垫片设置缺口供第一测温线通过，以使绝缘片平整的装配在壳体内，达到降低卷芯占用壳体内部空腔高度的目的，有利于后序滚槽工序的进行。
进一步地，在制作被测锂离子电池时，在将第一测温线通过小孔穿入被测锂离子电池壳体内与极耳处固定连接后，并向被测锂离子电池壳体内注液前，通过密封胶将小孔密封。且在密封后，将被测锂离子电池壳体及位于其内的卷芯放入紫外烘烤箱中进行固化，直至密封胶凝固。具体地，密封胶为UV胶。UV胶又称紫外光固化胶，是一种必须通过紫外线光照射才能固化的一类胶粘剂，它可以作为粘接剂使用，其固化原理是UV固化材料中的光引发剂(或光敏剂)在紫外线的照射下吸收紫外光后产生活性自由基或阳离子，引发单体聚合、交联化学反应，使粘合剂在数秒钟内由液态转化为固态，具有耐高温，可重复多次固化，不含任何有机溶剂(不会对电池产生影响)等诸多优点。当然，UV胶也可以采用其他密封性能好，化学稳定性高，易操作的胶水替代。
本实施例中，测试前，先将被测锂离子电池在室温下静止预设时间，具体地，预设时间为24小时，以使电解液与卷芯等材料充分浸润，以得到性能稳定的被测锂离子电池。测试时，先将第一测温线的另一端与测试仪器电连接，并在被测锂离子电池的外表面中部通过高温胶带固定一第二测温线，第二测温线的另一端与测试仪器电连接。
本实施例中，测试仪器为型号为安捷伦34970A型的数据收集仪器，它的主要作用是精确的测试出被测锂离子电池内外部的温度。
具体地，如图2所示，将被测锂离子电池在0.2C(550mA)的电流下恒流预充至4.2V，然后恒压预充至0.01C(27.5mA)。图中，L1表示第二测温线测量的电池外部温度，L2表示第一测温线测量的电池内部温度，L3表示电势曲线。实验发现在预充的初始阶段，被测锂离子电池的内外温度急剧上升，对应于SEI膜(固体电解质界面膜)的形成过程，也说明了SEI膜的形成过程中发生了大量的副反应，此时产热较多，随后副反应程度减轻，产热量减少，温度下降，最后内外部温度均维持在与环境温度相差不大的水平，说明产热量不多，且产热速率与散热速率基本相当。因此，由图2所示可知，在对被测锂离子电池的预充电阶段，被测锂离子电池内外部温度基本相同。
如图3所示，L1表示第二测温线测量的电池外部温度，L2表示第一测温线测量的电池内部温度，L3表示充电曲线；如图4所示，L1表示第二测温线测量的电池外部温度，L2表示第一测温线测量的电池内部温度，L3表示电势曲线。预充完的被测锂离子电池在0.5C条件下的充放电阶段可知，在充/放电的起始阶段，温升较快，说明只要有电流通过，被测锂离子电池内部立即产热，随后充电过程经历平台、缓慢上升、下降，最后上升的过程，说明内部产热情况较复杂，有可能发生了吸热反应；而且，放电过程的中间部分，温度变化不大，说明产热量和散热量基本维持平衡，但是在放电末端，温度急剧上升，这与被测锂离子电池在放电末端的极化阻抗增大有关。值得注意的是，在静置阶段，内部温度比外部温度更低，说明极耳的导热性比空气好，散热较快。
如图5所示，L1表示第二测温线测量的电池外部温度，L2表示第一测温线测量的电池内部温度，L3表示充电曲线；如图6所示，L1表示第二测温线测量的电池外部温度，L2表示第一测温线测量的电池内部温度，L3表示电势曲线。被测锂离子电池在2C的条件下进行充放电阶段可以看到，随着充放电倍率的增加，被测锂离子电池的温度也大大升高了，充电阶段和放电阶段电池内外部的最大温度差异分别达到了6.1℃和4.27℃，电流的增大，产热增加的原因主要来自两方面，一是大电流加剧了副反应的程度，产热增加，二是欧姆产热也急剧增加，导致温度升高。
因此，通过图2至图6所示可知，本实施例提供的锂离子电池内部温度的测试方法，更能精准地测试出被测锂离子电池内部的实际温度，从而对锂离子电池的安全设计具有重大意义。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种锂离子电池内部温度测试方法，其特征在于，包括：
制作被测锂离子电池，所述被测锂离子电池内卷芯的极耳处连接第一测温线的一端，所述第一测温线的另一端伸出所述被测锂离子电池外；
将制作完成的所述被测锂离子电池静置预设时间；
将第二测温线的一端连接于所述被测锂离子电池的外部；
将所述第一测温线伸出的另一端及所述第二测温线的另一端分别与测试仪器连接；
对所述被测锂离子电池进行充放电，并通过所述测试仪器记录在充放电过程中所述第一测温线与所述第二测温线的温度变化情况，比对所述第一测温线与所述第二测温线的温度差异，获得所述被测锂离子内部温度变化情况。
2.根据权利要求1所述的一种锂离子电池内部温度测试方法，其特征在于：在制作所述被测锂离子电池时，于所述被测锂离子电池的壳体侧壁且靠近底部处设置一小孔，将所述第一测温线的一端由所述小孔处伸入与所述极耳连接。
3.根据权利要求2所述的一种锂离子电池内部温度测试方法，其特征在于：所述小孔设置位置距离所述被测锂离子电池的壳体底部0.5mm-4mm。
4.根据权利要求2或3所述的一种锂离子电池内部温度测试方法，其特征在于：所述小孔的直径为0.5mm-2mm。
5.根据权利要求1所述的一种锂离子电池内部温度测试方法，其特征在于：在制作所述被测锂离子电池时，所述极耳处与所述第一测温线的一端连接前，将所述极耳处表面涂覆导热胶硅层，在连接时，将所述第一测温线的一端与所述导热硅胶层连接。
6.根据权利要求5所述的一种锂离子电池内部温度测试方法，其特征在于：将所述极耳处表面涂覆导热胶硅层后进行烘干处理，烘干完成后将所述第一测温线的一端与所述导热硅胶层连接。
7.根据权利要求1所述的一种锂离子电池内部温度测试方法，其特征在于：所述极耳处与所述第一测温线通过高温胶带固定连接。
8.根据权利要求1所述的一种锂离子电池内部温度测试方法，其特征在于：在制作所述被测锂离子电池时，所述被测锂离子电池的壳体底部设有用于隔离所述卷芯的绝缘垫片，所述绝缘垫片中心具有中心孔，所述绝缘垫片沿径向方向上设有与所述中心孔导通的以供所述第一测温线通过的缺口。
9.根据权利要求2或3所述的一种锂离子电池内部温度测试方法，其特征在于：在制作所述被测锂离子电池时，在将所述第一测温线通过所述小孔穿入所述被测锂离子电池壳体内与所述极耳处固定连接后且向所述被测锂离子电池壳体内注液前，通过密封胶将所述小孔密封。
10.根据权利要求9所述的一种锂离子电池内部温度测试方法，其特征在于：通过所述密封胶将所述小孔密封后，将所述被测锂离子电池壳体及位于其内的所述卷芯进行固化，直至所述密封胶凝固。
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