CN112054207A - 集成温度传感功能的电池集流体及其电池装置 - Google Patents

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CN112054207A CN202011068928.5A CN202011068928A CN112054207A CN 112054207 A CN112054207 A CN 112054207A CN 202011068928 A CN202011068928 A CN 202011068928A CN 112054207 A CN112054207 A CN 112054207A
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Abstract

本发明涉及电池领域，本发明所提供的一种集成温度传感功能的电池集流体及其电池装置，其中，电池装置包括集成温度传感功能的电池集流体。其包括具有两个相对设置主表面的基材层，在至少一所述主表面上设有具有集流功能的导电金属层以及至少一具有温度传感功能的温度传感单元，其中，所述导电金属层与所述温度传感单元共面设置或异面设置。通过直接在集成温度传感功能的电池集流体内置入温度传感单元，可使其同时具备电池集流体功能以及温度传感功能，相比于现有需要额外引入温度传感器以对电池运行状态，可更精确获取电池运行中温度变化，以及时了解电池的实际运行情况。

Description

集成温度传感功能的电池集流体及其电池装置
【技术领域】
本发明涉及电池领域，尤其涉及一种集成温度传感功能的电池集流体及电池装置。
【背景技术】
现有的电池在使用过程中，由于电池局部电池温度过高，而造成电池老化或电池损坏，甚至是电池燃烧爆炸等问题。现有为了实现对电池运行状态的监控，一般会在电池之外额外设置温度传感器以对电池的温度进行监控。但是由于电池运行状态多变，采用现有技术仅能获得电池外部的温度变化，无法实时监测电池内部的温度，且外置的温度传感器往往体积质量较大严重降低了电池的能量密度，温度传感器无法准确获得电池装置的内部温度变化，且运行稳定性较差，因此，基于现有的技术，无法有效获取电池的实际运行情况。
【发明内容】
为克服现有技术中存在检测不准确的技术问题，本发明提供一种集成温度传感功能的电池集流体及电池装置。
本发明为了解决上述技术问题，提供以下技术方案：一种集成温度传感功能的电池集流体，其包括具有两个相对设置主表面的基材层，在至少一所述主表面上设有具有集流功能的导电金属层以及至少一具有温度传感功能的温度传感单元，其中，所述导电金属层与所述温度传感单元共面设置或异面设置。
优选地，所述基材层上设有分别与温度传感单元、导电金属层电性导通的导电线路；和/或所述导电金属层的材质包括铜、铝中任一种。
优选地，所述基材层的两个相对设置的主表面上分别设置导电金属层，在其中一主表面上设有由导电金属层刻蚀形成的多个电连接区域与集流体功能区域，其中，所述温度传感单元设于所述电连接区域之内。
优选地，在所述基材层的一主表面上设置导电金属层，在该导电金属层上刻蚀形成的多个电连接区域与集流体功能区域，其中，所述温度传感单元设于所述电连接区域之内。
优选地，所述电连接区域内设有导电连接件，所述温度传感单元与所述导电连接件电性导通。优选地，在所述基材层的至少一主表面上形成第一连接件与第二连接件，所述温度传感单元设于所述第一连接件与第二连接件之上，且与其电性导通。
优选地，在所述基材层的两个主表面上均设有多个温度传感单元；所述温度传感单元包括半导体温度传感器、热电偶温度传感器、热释电温度传感器以及以直接生长获得的热释电式温度传感器中任一种或其组合。
本发明为了解决上述技术问题，还提供以下技术方案：一种电池装置，其包括单个电池单元，所述电池单元包括正极集流体、正极、隔膜、负极以及负极集流体，其中，所述正极集流体及所述负极集流体中任一个或两个如上所述集成温度传感功能的电池集流体。
本发明为了解决上述技术问题，还提供以下技术方案：一种电池装置，其包括多个电池单元，相邻叠加设置的电池单元之间共用如上所述集成温度传感功能的电池集流体。
优选地，在所述集成温度传感功能的电池集流体的导电金属层远离基材层的一侧形成活性材料层，所述活性材料层为电池正极或电池负极。
与现有技术相比，本发明提出一种集成温度传感功能的电池集流体及其电池装置。
本发明所提供的一种集成温度传感功能的电池集流体，其包括具有两个相对设置主表面的基材层，在至少一所述主表面上设有具有集流功能的导电金属层以及至少一具有温度传感功能的温度传感单元，其中，所述导电金属层与所述温度传感单元可共面设置或异面设置。通过直接在集成温度传感功能的电池集流体内置入温度传感单元，可使集成温度传感功能的电池集流体同时具备电池集流体功能以及温度传感功能，相比于现有需要额外引入温度传感器以对电池运行状态进行检测，本发明所提供的集成温度传感功能的电池集流体可将具有集流功能的导电金属层与具有温度传感功能的温度传感单元集成为一体，从而可精确获取电池运行中温度变化，及时了解电池的实际运行情况。基于上述结构的特点，还可提高该集成温度传感功能的电池集流体的稳定性以及安全性，并可进一步减少集成温度传感功能的电池集流体的体积。
为了进一步提高集成温度传感功能的电池集流体的整体，以及减少集成温度传感功能的电池集流体的整体体积，可在所述基材层上分别设有与温度传感单元、导电金属层电性导通的导电线路。同时，所述导电金属层的材质包括铜、铝中任一种，可以满足集成温度传感功能的电池集流体实现正极集流体或负极集流体的电池集流功能。
在本发明中，所述基材层的两个相对设置的主表面上分别设置导电金属层，在其中一主表面上设有由导电金属层刻蚀形成的多个电连接区域与集流体功能区域，其中，所述温度传感单元设于所述电连接区域之内。所述基材层的两个主表面均设有导电金属层，其中一主表面上所述导电金属层与所述温度传感单元呈共面设置，可见，集成温度传感功能的电池集流体可同时具备正极集流体、负极集流体以及温度传感的功能。基于上述结构限定，从而可进一步减少集成温度传感功能的电池集流体体积大小，且可保证温度传感单元固定及电连接的稳定性。
在本发明中，在所述基材层的一主表面上设置导电金属层，在该导电金属层上刻蚀形成的多个电连接区域与集流体功能区域，其中，所述温度传感单元设于所述电连接区域之内。上述导电金属层与所述温度传感单元共面设置，所述集成温度传感功能的电池集流体可具备温度传感以及电池集流体的功能。
进一步地，在所述电连接区域内设有第一连接件及第二导电连接件，所述温度传感单元可与所述第一连接件、第二连接件电性导通，从而可简化温度传感单元的温度感测信号传输的结构，并提高信号传输的稳定性。
在本发明中，还可在所述基材层的至少一主表面上形成第一连接件与第二连接件，所述温度传感单元可设于所述第一连接件与第二连接件之上，且与其电性导通。基于第一连接件与第二连接件可无需额外设置导电金属层，也可实现温度传感单元的电性导通以及固定，从而可满足多样化电池装置的结构需求。
在所述基材层的两个主表面上均设有多个温度传感单元；所述温度传感单元包括半导体温度传感器、热电偶温度传感器、热释电温度传感器以及以直接生长获得的热释电式温度传感器中任一种或其组合。不同类型的温度传感单元，可满足多样化电池装置的温度检测需求。
在本发明中，进一步提供电池装置，所述电池装置包括单个电池单元，所述电池单元包括正极集流体、正极、隔膜、负极以及负极集流体，其中，所述正极集流体及所述负极集流体可采用如上所述的集成温度传感功能的电池集流体。相比于现有需要额外引入温度传感器以对电池运行状态进行检测，本发明所提供的电池装置可通过置入具有集流功能以及具有温度传感功能的集成温度传感功能的电池集流体，以精确获取电池运行中温度变化，以及时了解电池的实际运行情况。基于上述结构的特点，还可提高该集成温度传感功能的电池集流体的稳定性以及安全性，并可进一步减少集成温度传感功能的电池集流体的体积。
在本发明中，所述电池装置可包括单个电池单元或者由多个电池单元叠加设置而成。在制备获得所述电池装置时，可在所述集成温度传感功能的电池集流体的导电金属层远离基材层的一侧可形成活性材料层，所述活性材料层可为电池正极或电池负极。可见，上述所提供的电池单元的体积可更小，以满足不同电池容量的电池装置的需求。
【附图说明】
图1是本发明第一实施例提供的集成温度传感功能的电池集流体的结构示意图。
图2是图1中所示集成温度传感功能的电池集流体的另一实施方式的结构示意图。
图3是图1中所示集成温度传感功能的电池集流体中温度传感单元的平面分布示意图之一。
图4是图1中所示集成温度传感功能的电池集流体中温度传感单元的平面分布示意图之二。
图5是图1中所示集成温度传感功能的电池集流体中温度传感单元的平面分布示意图之三。
图6是图1中所示集成温度传感功能的电池集流体中温度传感单元的平面分布示意图之四。
图7是本发明第一实施例的第一具体实施方式中所提供的集成温度传感功能的电池集流体的结构示意图。
图8是图7中所示集成温度传感功能的电池集流体的另一实施方式的结构示意图。
图9是集成温度传感功能的电池集流体的基材层其中一主表面上形成导电线路的结构示意图。
图10是集成温度传感功能的电池集流体中在基材层另一主表面上形成导电线路的结构示意图。
图11是集成温度传感功能的电池集流体中温度传感单元为半导体二极管传感器时的具体结构示意图。
图12是图11中所示温度传感单元设于所述基材层之上的具体结构示意图。
图13是本发明第一实施例的第二具体实施方式中所提供的集成温度传感功能的电池集流体的结构示意图。
图14是集成温度传感功能的电池集流体中的导电金属层为铝层时的具体结构示意图。
图15是集成温度传感功能的电池集流体中的导电金属层为铜层时的具体结构示意图。
图16是本发明的第二实施例提供的集成温度传感功能的电池集流体的具体结构示意图。
图17是本发明的第三实施例提供的电池装置的具体结构示意图。
图18是图17中所示单个电池单元的具体结构示意图。
图19是在集成温度传感功能的电池集流体的一侧设置活性材料层的具体结构示意图。
图20是在集成温度传感功能的电池集流体的相对两侧均设置活性材料层的具体结构示意图。
图21是本发明的第四实施例提供的集成温度传感功能的电池集流体制备方法的步骤流程示意图。
图22是图21中具体步骤对应制备过程示意图。
图23是本发明的第四实施例中所提供的第一实施方式的步骤流程示意图。
图24是图23中具体步骤对应制备过程示意图。
图25是图23中所示步骤S23a中包含的步骤流程图之一。
图26是图25中所示步骤Q231对应制备过程示意图。
图27是图23中所示步骤S23a的具体步骤流程图之二。
图28是图27中具体步骤对应制备过程示意图。
图29是图23中所示步骤S23a的具体步骤流程图之三。
图30是图29中具体步骤对应制备过程示意图。
图31是本发明的第四实施例中所提供的第二实施方式的步骤流程示意图。
图32是图31中具体步骤对应制备过程示意图。
图33是本发明的第四实施例中所提供的第三实施方式的步骤流程示意图。
图34是图33中具体步骤对应制备过程示意图。
图35是图34的步骤S21c中当温度传感单元以贴片方式固定的步骤流程示意图。
图36是图34的步骤S21c中当温度传感单元为半导体二极管温度传感器的步骤流程示意图。
图37是图34的步骤S21c中当温度传感单元为双层板半导体传感器时集成温度传感功能的电池集流体的具体结构示意图。
图38是图34的步骤S21c中所述温度传感单元直接生长形成的步骤流程示意图。
图39是本发明的第五实施例提供的电池装置制备方法的步骤流程示意图。
附图标识说明：
10、集成温度传感功能的电池集流体；101、主表面；102、第一主表面；103、第二主表面；11、基材层；12、导电金属层；13、温度传感单元；131、基板；132、第一导电件；133、第二导电件；134、温度传感件；135、通孔；109、电连接区域；1090、导电连接件；1091、第一导电连接件；1092、第二导电连接件；108、集流体功能区域；175、钝化层；14、第一绝缘层；15、覆盖铝层；16、集流体铝层；18、温度传感单元输出线；180、导电线路；181、集流体功能信号引脚；182、温度传感引脚；19、活性材料层；191、热释电材料层；192、导电层；193、绝缘层；
20、集成温度传感功能的电池集流体；21、基材层；201、第一主表面；202、第二主表面；22、导电金属层；23、温度传感单元；2091、电连接区域；2092、集流体功能区域；
30、电池装置；300、电池单元；301、封装结构；302、极耳；31、正极集流体；32、正极；33、隔膜；34、负极；35、负极集流体；
41、基材层；42、导电金属层；43、温度传感单元；432、第一导电件；433、第二导电件；434、温度传感件；431、半导体二极管温度传感器；44、绝缘层；401、主表面；408、集流体功能区域；409、电连接区域；49、温度传感单元输出线；4090、导电连接件；4091、第一导电连接件；4092、第二导电连接件；45、活性材料层；47、通孔；48、半导体传感器；481、基板层；482、第一导电件；483、第二导电件；484、温度传感件；471、第一连接件；472、第二连接件；473、温度传感件；475、钝化层；491、热释电材料层；492、导电层；493、绝缘层。
【具体实施方式】
为了使本发明的目的，技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施实例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本说明书中提到的“一个实施例”、“优选实施例”、“实施例”或“多个实施例”是指结合实施例所描述的特定特征、结构、特性或功能包括在本发明的至少一个实施例中并可以在超过一个实施例中。在本说明书中的各位置出现短语“在一个实施例中”、“在实施例中”或“在多个实施例中”不一定都是指同一个实施例或相同多个实施例。
在说明书中各处使用特定术语用于例示，不应理解为限制性的。服务、功能或资源不限于单一服务、功能或资源；使用这些术语可以指分组的相关服务、功能或资源，它们可以是分布式或聚集式的。
请参阅图1，本发明的第一实施例提供一种集成温度传感功能的电池集流体10，对应的所述集成温度传感功能的电池集流体10包括基材层11，所述基材层11包括两个相对设置的主表面101，在至少一所述主表面101上设有具有集流功能的导电金属层12以及至少一具有温度传感功能的温度传感单元13，其中，所述导电金属层12与所述温度传感单元13可共面设置或异面设置。
具体地，可理解为具有集流功能的导电金属层12以及具有温度传感功能的温度传感单元13可设于相同的主表面101之上。
如图2中所示，具有集流功能的导电金属层12以及具有温度传感功能的温度传感单元13也可设于不同的主表面之上。
当所述温度传感单元13为多个时，则所述温度传感单元13之间为独立设置，多个所述温度传感单元13之间不会产生信号干扰。
继续如图2中所示，两个主表面101可包括第一主表面102以及第二主表面103，其中在所述第一主表面102上设有导电金属层12，在所述第二主表面103设有至少一个温度传感单元13。当所述温度传感单元13为两个及以上时，则相邻的所述温度传感单元13之间间隔设置。
在本发明中，所述基材层11可选用绝缘材料，如聚酰亚胺(PI)、聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)、聚对苯二甲酸乙二酯(PET)、聚偏氟乙烯(PVDF)、聚偏氟乙烯-六氟丙烯(PVDF-HFP)、聚酰胺(PA)、芳纶(间位芳纶(PMIA)；对位芳纶(PPTA))等。
在所述基材层11的第一主表面102上的导电金属层12可以将锂电池的化学能转化成电能传递出来，一般而言，对应锂电池的负极采用铜箔，而对应锂电池的正极则采用铝箔材料，也可以为其他的可导电金属材料。
请结合图2及图3，在一些具体实施方式中，所述集成温度传感功能的电池集流体10上设有多个温度传感单元13，多个所述温度传感单元13成阵列式分布，相邻设置的温度传感单元13之间相互独立，并采用温度传感单元输出线18独立引出，从而可保证每个温度传感单元13可独立工作，且其检测信号不会相互影响。可以理解，为了满足不同类型的电池温度感测的需求，对应的温度传感单元13也可以如图4-图6中所示的方式进行排列。如图4中所示，多个温度传感单元13呈“Z”进行排列；如图5中所示，多个温度传感单元13呈“M”型排列；如图6中所示，多个温度传感单元13可分别设置在四个边角以及中心位置等。具体的排布方式可基于待制备的电池装置的大小以及其材质、运行功能需求做对应调整，在此仅作为参考，不作为本发明的限定。
为了使所述温度传感单元13可产生温度感测信号并可向外部传递信号，则可先在所述基材层11的所述第二主表面103上形成可与所述温度传感单元13电性连接的导电线路180。
请参阅图7，在本实施例的第一具体实施方式中，所述温度传感单元13可通过贴片的方式固定在所述第二主表面103之上。对应的所述温度传感单元13可为半导体二极管传感器、NTC热敏电阻(Negative Temperature Coefficient Thermistor)、集成传感芯片等。具体地，所述温度传感单元13的型号可为1N4148型、1005型(NTCG系列)、SHTW2型等。其中，上述的温度传感单元13均可包含多层封装，其具体可通过焊锡、点胶等方式进行固定。
而在第一具体实施方式中，为了可满足温度传感单元13的对应电信号的引出，则可在所述基材层11的第二主表面103设置有与温度传感单元13匹配的电连接区域109，每个所述电连接区域109内设有至少一导电连接件1090。所述导电连接件1090包括第一导电连接件1091以及第二导电连接件1092。
在另一些实施方式中，在所述基材层11的第二主表面103上非电连接区域109的其他区域可定义为集流体功能区域108。在集流体功能区域108的范围内可设有连续的导电金属材料，如可为铜或铝以实现正极集流体或负极集流体的功能。可见基于上述区域的划分，可使所述集成温度传感功能的电池集流体10的其中一主表面101可同时具备温度传感功能以及集流体功能。
结合图2及图7中所示，为了温度传感单元13的对应电信号的引出，在所述温度传感单元13内还设有温度传感单元输出线18，对应的温度传感单元输出线18可对应连接至设于所述基材层11上的第一导电连接件1091以及第二导电连接件1092。具体如图7中所示，所述温度传感单元输出线18可由基材层11中引出，并延伸至集成温度传感功能的电池集流体10之外。
如图8中所示，所述温度传感单元13可为热电偶材料，进一步还可采用绝缘材料覆盖第一导电连接件1091及第二导电连接件1092、以及温度传感单元13与第一导电连接件1091、第一导电连接件1092的连接处，以对其结构进行
请参阅图9及图10中所示，对应可在所述基材层11之上或之内形成导电线路180，其中，所述导电线路180包括集流体功能信号引脚181以及温度传感引脚182。可以理解，其中，所述温度传感引脚182即相当于所述温度传感单元输出线18，用于将温度传感的信号输出至外部连接的电路。
具体如图9及图10中所示，在所述基材层11的两个主表面101上可对应设置导电线路180。其中，在导电线路180进一步包括集流体功能信号引脚181以及温度传感引脚182，其中，所述集流体功能信号引脚181用以将对应主表面上集流体的电能源导出；而所述温度传感引脚182则用于将对应主表面上的温度传感电信号导出。其中，所述第一导电连接件1091、所述第二导电连接件1092可分别与温度传感引脚182实现电连接。
进一步地，为了避免电连接区域109与集流体功能区域108之间信号相互干扰，则在集流体功能区域108与对应的第一导电连接件1091和/或第二导电连接件1092之间的距离至少大于3mm，其间距大小还可大于或等于5mm。
具体地，在本发明中，当所述温度传感单元13选用半导体二极管传感器时，所述温度传感单元13可进一步包括如下结构：
如图11中所示，在一些具体实施方式中，单个所述温度传感单元13可以包括一基板131、设于基板131上设置的第一导电件132、第二导电件133，以及设于所述第一导电件132与所述第二导电件133上的温度传感件134，该温度传感件134与所述第一导电件132以及所述第二导电件133电连接。在所述温度传感件134远离所述基材层11的一侧还设有钝化层175，以覆盖所述温度传感件134、第一导电件132以及第二导电件133。
所述温度传感件134可为PMOS管或NMOS管，具体地，如图11中所示，所述温度传感件134包括Gate极、D极以及S极，其中，第一导电件132与D极、Gate极依次连接，而第二导电件133则与S极连接。对应的所述温度传感件134的工作温度区间为-40℃至70℃。
结合图11与图12所示的结构中，可知所述温度传感单元13包括基板层131以及设于基板层之上的温度传感件134以及用于将温度传感件134的温度传感信号引出的第一导电件132、第二导电件133。将所述温度传感单元13固定在所述电连接区域109时，单个所述温度传感单元13内设有可贯穿所包含的所述基板131、第一导电件132、第二导电件133的通孔135，在通孔135内填充导电材质，从而可使所述第一导电件132以及所述第二导电件133可与所述第一导电连接件1091及第二导电连接件1092实现固定连接以及电连接。
请参阅图13，在本实施例的第二具体实施方式中，所述温度传感单元13还可通过直接在第二主表面103上生长而形成所述温度传感单元13。所述温度传感单元13可为热释电传感器，其具体可基于热释电效应，具体地，其可随温度改变而表现出的电荷释放现象，以在生成的温度传感单元13的两端产生对应的电压或电流变化，基于其电压或电流的变化即可获得温度变化。
具体地，所述温度传感单元13可包括在所述电连接区域109内依次设置的覆盖第一导电连接件1091的热释电材料层191、覆盖第二导电连接件1092与部分热释电材料层191的导电层192、以及绝缘层193。其中，所述绝缘层193可覆盖所述导电层192以及热释电材料层191。其中，所述热释电层191的材质可为聚偏二氟乙烯(PVDF)，所述导电层192可为铜层或银层，所述导电层192可采用溅射的方式形成在所述第二导电连接件1092与部分热释电材料层191之上。所述绝缘层193的作用可用于隔绝电解液材料，以避免电解液对所述温度传感单元13内部结构造成损伤。
在本实施方式中为了满足生长形成的所述温度传感单元13的电连接的引出，则对应的基材层11内形成FPC电路，对应的FPC电路与上述第一具体实施方式的区别在于：在电连接区域109内可形成对应热释电材料层191底部电路极板，热释电材料层191可覆盖对应第一导电连接件1091且可直接与所述基材层11接触。此外，对应的热释电材料层191的上电极基板(PAD)之间和集流体功能区域108之间间隔也需要满足至少大于3mm，建议其间隔大小可大于等于5mm。
具体地，基于上述第一具体实施方式以及第二具体实施方式所提供的集成温度传感功能的电池集流体10还可具体细分为如下的实施方式；
如图14中所示，当所述导电金属层12为铝层时，其对应的TFT走线也为铝，对应的所述集成温度传感功能的电池集流体10中的所述基材层11为聚酰亚胺，所述基材层11的第二主表面103上设有多个温度传感单元13，在温度传感单元13外表面依次还设有第一绝缘层14以及覆盖铝层15，所述覆盖铝层15与在所述第一主表面102上设置的集流体铝层16，对应的覆盖铝层15以及集流体铝层16均可采用蒸镀的方式形成。
如图15中所示，当所述导电金属层12为铜层时，其的TFT走线为铝。对应的所述集成温度传感功能的电池集流体10中的所述基材层11为聚酰亚胺，所述基材层11的第二主表面103上设有多个温度传感单元13，在温度传感单元13外表面覆盖一绝缘层，在所述基材层11的第一主表面102上设置的铜层。
请参阅图16，本发明的第二实施例提供一种集成温度传感功能的电池集流体20，所述集成温度传感功能的电池集流体20与上述第一实施例中所提供的集成温度传感功能的电池集流体10的区别主要在于：所述集成温度传感功能的电池集流体20包括基材层21，所述基材层21包括相对设置的第一主表面201和第二主表面202，其中在所述第一主表面201与所述第二主表面202上均设有至少一个温度传感单元23。当所述温度传感单元23为两个及以上时，则相邻的所述温度传感单元23之间间隔设置。在所述集成温度传感功能的电池集流体20中可包括与所述温度传感单元23共面设置的导电金属层22。可以理解，在一些实施例中，所述温度传感单元23也可直接设置在所述基材层21之上。
进一步如图16中所示，在所述基材层21的第一主表面201以及第二主表面202之上均可包括电连接区域2091以及集流体功能区域2092。在集流体功能区域2092的范围内可设有连续的导电金属材料，其材质可为铜层或铝层，以使所述集流体功能区域2092内可具备正极集流体或负极集流体的功能。可见基于上述不同功能区域的划分，可使所述集成温度传感功能的电池集流体20的第一主表面201以及第二主表面202均同时具备温度传感功能以及集流体功能。
为了满足不同的温度传感检测以及电池运行需求，设于所述第一主表面201以及所述第二主表面202之上的温度传感单元23可相对于所述基材层21对称设置或交替间隔设置。有关温度传感单元23的具体排布方式以及有关温度传感单元23固定在所述基材层21之上的固定结构及方式，与上述第一实施例中所述的一致，在此不再赘述。
请参阅图17，本发明的第三实施例提供一种电池装置30，所述电池装置30包括至少一个电池单元300。所述电池装置30内可包括单个电池单元300；如图17中所示，当所述电池装置30包括多个电池单元300时，则多个电池单元300之间可叠加设置。
如图18中所示，单个所述电池单元300包括正极集流体31、正极32、隔膜33、负极34以及负极集流体35。所述正极集流体31及所述负极集流体35中任一个或两个为如上述第一实施例中所述的集成温度传感功能的电池集流体10或上述第二实施例所述集成温度传感功能的电池集流体20。
在其他的实施方式中，结合图17及图18中所示，当多个所述电池单元300叠加设置时，相邻设置的电池单元300之间可共用正极集流体31或负极集流体35，也即，可理解为可共用上述第一实施例所述集成温度传感功能的电池集流体10以及上述第二实施例所述集成温度传感功能的电池集流体20。可以理解，在本实施例中，有关集成温度传感功能的电池集流体10以及所述集成温度传感功能的电池集流体20的相关限定与上述第一实施例、第二实施例中有关集成温度传感功能的电池集流体10以及集成温度传感功能的电池集流体20的描述一致，在此不再赘述。
如图19及20中所示，可在所述集成温度传感功能的电池集流体10的所述基材层11上的导电金属层12的外表面上设置活性材料层19。其中，所述活性材料层19可为镍钴锰材料、钴酸锂材料、锰酸锂材料、镍酸锂材料或磷酸铁锂材料。可以理解，在另一些实施方式中，也可以仅在导电金属层或导电线路层的外表面设置活性材料。
具体地，如图19中所示，所述活性材料层19仅设于未设置所述温度传感单元13的所述导电金属层12的外表面。进一步地为了使所述温度传感单元13稳定性更优，在所述温度传感单元13之上还可进一步覆盖绝缘胶层。
如图20中所示，所述活性材料层19也可设于设置在所述集成温度传感功能的电池集流体10的两侧，以覆盖在所述导电金属层12的外表面，具体可包括设于集流体功能区域的导电金属层12的外表面以及设于所述基材层11远离所述温度传感单元13的导电金属层12的外表面。
具体地，在所述电池单元300中，所述正极32的材质可包括含锂化合物如LiCoO2、LiNixCoyMn1-x-yO2(0≤x≤1，0≤y≤1和0≤x+y≤1)、LiNixCoyAl1-x-yO2(O≤x≤1，0≤y≤1和0≤x+y≤1)等。
所述负极34的材质可包括但不受限于如石墨、二硫化钼、钛酸锂、四氧化三钴、碳硅复合材料、碳纤维、FTO、ITO中的至少一种。
对应的所述隔膜33的材质可包括但不限于聚烯烃微孔膜、偏氟乙烯均聚物膜(PVDF)、偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物膜(PVDF-HFP)、聚甲基丙烯酸甲酯膜(PMMA)、聚丙烯腈(PAN)、陶瓷复合隔膜等。
为了实现对电池装置30内运行温度的实时精准检测，所述电池装置30两侧边缘的所述正极集流体31或所述负极集流体35中任一种或两种限定为所述集成温度传感功能的电池集流体10或所述集成温度传感功能的电池集流体20。
在另外的实施方式中，如图19中所示，当多个所述电池单元300之间叠加设置时，相邻设置的电池单元300之间可共用集成温度传感功能的电池集流体10或集成温度传感功能的电池集流体20，有关所述集成温度传感功能的电池集流体10与所述集成温度传感功能的电池集流体20的相关描述及限定说明，与上述第一实施例及第二实施例中所述的内容一致，在此不再赘述。
可以理解，当上述第一实施例中所述集成温度传感功能的电池集流体10或第二实施例中所述集成温度传感功能的电池集流体20作为正极集流体使用时，则对应的所述集成温度传感功能的电池集流体10或所述集成温度传感功能的电池集流体20中导电金属材质为铝；而当上述第一实施例中所述集成温度传感功能的电池集流体10或第二实施例中所述集成温度传感功能的电池集流体20作为负极集流体使用时，则对应的所述集成温度传感功能的电池集流体10或所述集成温度传感功能的电池集流体20中导电金属材质为铜。
而当第一实施例中所述集成温度传感功能的电池集流体10或第二实施例中所述集成温度传感功能的电池集流体20作为共用集流体使用时，则所述集成温度传感功能的电池集流体10或所述集成温度传感功能的电池集流体20中一侧的导电金属材质为铜，另一侧的导电金属材质为铝。继续结合图18中所示，在本实施例中，所述电池装置30还包括包覆至少一个电池单元300的封装结构301以及有所述电池单元300延伸至所述封装结构之外的极耳302，通过所述极耳302可建立电池单元300与外界的信号以及电能源传输渠道，以保证所述电池装置30的稳定运行。
请参阅图21及图22，本发明的第四实施例提供一种集成温度传感功能的电池集流体制备方法S10，其包括如下步骤：
步骤S1，提供一基材层41；具体地，所述基材层41至少一主表面上形成有导电线路；及
步骤S2，在所述基材层41的至少一主表面401上设置具有集流功能的导电金属层42以及具有温度传感功能的温度传感单元43，所述导电金属层42与所述温度传感单元43为共面设置或异面设置。
具体地，所述基材层41可选用绝缘材料，如聚酰亚胺(PI)、聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)、聚对苯二甲酸乙二酯(PET)、聚偏氟乙烯(PVDF)、聚偏氟乙烯-六氟丙烯(PVDF-HFP)、聚酰胺(PA)、芳纶(间位芳纶(PMIA)；对位芳纶(PPTA)等。在所述基材层41上可形成导电线路。
在所述基材层41的至少一主表面上的导电金属层42可以将锂电池的化学能转化成电能传递出来，一般而言，对应锂电池的负极材质采用铜，而对应锂电池的正极材质则对应铝，也可以为其他的可导电金属材料。
可以理解，在一些具体实施例中，所述温度传感单元43可设于其中一主表面401之上，也可设置在两个主表面401之上。对应的所述温度传感单元43是与导电金属层42共面设置的，且所述温度传感单元43与所述导电金属层42之间电性绝缘。
请参阅图23-图24，在本实施例的第一实施方式中，所述步骤S2进一步包括如下步骤：
步骤S21a，在所述基材层41的其中一主表面401上形成导电金属层42；
步骤S22a，通过刻蚀的方式在所述导电金属层42上形成至少一个电连接区域409；
形成与电连接区域409电连接的温度传感单元输出线49，其中，所述温度传感单元输出线49即相当于所述基材层41上的导电线路；
步骤S23a，在所述电连接区域409内设置温度传感单元43；及
步骤S24a，在温度传感单元43之上形成绝缘层44。
可见，基于上述的步骤S21a-步骤S24a可知，在所述基材层41的其中一主表面401上设置具有集流功能的导电金属层42以及具有温度传感功能的温度传感单元43，所述导电金属层42与所述温度传感单元43为共面设置。
具体地，在上述步骤S22a中，如图24中所示，每个所述电连接区域409内可通过刻蚀形成导电连接件4090。所述导电连接件包括第一导电连接件4091以及第二导电连接件4092。有关第一导电连接件4091、第二导电连接件4092的相关描述与上述第一实施例中有关第一导电连接件1091、第二导电连接件1092的相关描述一致，在此不再赘述。
在上述步骤S24a中，形成的绝缘层44填充电连接区域409内的间隙，以更好地包括设于电连接区域409内的温度传感单元43。具体地，在本实施例中，所述绝缘层44可通过涂覆、热压绝缘材料的方式形成，在其他的实施方式中，也可通过点胶方式形成覆盖所述温度传感单元43的胶体结构。
在一些实施例中，为了使所述集成温度传感功能的电池集流体40具有更多的功能，以满足不同的需求，则可在步骤S22a-步骤S24a中任一步骤之后，可包括步骤：
步骤T25，在非电连接区域409的导电金属层42表面形成活性材料层45。
具体地，所述活性材料层45可设在未设有电连接区域409的导电金属层42表面，也可设于导电金属层42的集流体功能区域408的表面，或者同时设于上述集流体功能区域408的导电金属层42的表面。
进一步地，所述活性材料层45可通过涂布、溅射或者喷涂等方式形成。
进一步地，在本实施方式中，基于多种不同类型的所述温度传感单元43，可具体分为如下具体实施方式：
请如图24中所示，所述温度传感单元43可为通过贴片的方式固定在至少一主表面401之上。
对应的所述温度传感单元43可为NTC热敏电阻(Negative TemperatureCoefficient Thermistor)、PTC热敏电阻(Positive Temperature Coefficient)、集成传感芯片等。具体地，上述步骤S23a可进一步包括如下步骤：
步骤T231.温度传感单元43以贴片(SMT，Surface Mounted Technology)的方式固定在电连接区域409内；具体地，温度传感单元43可与电连接区域409内的第一导电连接件4091、第二导电连接件4092电连接，从而可进一步与温度传感单元输出线49电性导通，从而可将由所述温度传感单元43感测获得的电信号传送至主控单元中。具体地，可采用焊锡、点胶的方式将温度传感单元43固定在所述电连接区域409内。
如图25及图26中所示，当对应的所述温度传感单元43为半导体二极管温度传感器时，则上述步骤S23a可包括如下步骤：
步骤Q231，采用蒸镀工艺在所述电连接区域内形成半导体二极管温度传感器431，也即温度传感单元43；其中，所述半导体二极管温度传感器分别与第一导电连接件4091、第二导电连接件4092实现电性连接。
如图26中所示，在上述步骤Q231之后，还可进一步进行步骤S24a，也即，可在温度传感单元43之上形成绝缘层44，以对所述温度传感单元43进行绝缘阻隔处理。以对所述温度传感单元43进行保护。
如图26中所示，当所述导电金属层42为铜层时，其TFT走线为铝。对应的所述集成温度传感功能的电池集流体10中的所述基材层41为聚酰亚胺(PI)，所述基材层41的其中一主表面401上设有多个独立设置温度传感单元43，在所述温度传感单元43的外表面覆盖一绝缘层44，在所述基材层41的另一主表面401上设置的导电金属层42的材质为铜层。
如图27-图28中所示，当所述温度传感单元43为双层板半导体传感器时，则上述步骤S23a可包括如下步骤：
步骤R231，提供一半导体传感器48；该半导体传感器48包括一基板层481以及设置在基板层481之上的第一导电件482、第二导电件483，以及与第一导电件482、第二导电件483电连接的温度传感件484，所述第一导电件482、所述第二导电件483与所述温度传感件484共同组成温度传感单元43。
步骤R232，在第一导电件432、第二导电件433上分别开设同时贯穿所述基板层481的通孔47，以获得温度传感单元43。及
步骤R233，将温度传感单元43置于电连接区域409内，并向所述通孔47内注入导电材料，以使第一导电件432、第二导电件433分别通过通孔47内填充的导电材料与第一导电连接件4091、第二导电连接件4092电性导通及同时实现固定连接。
进一步地，在上述步骤R233之后，还可进一步包括：
步骤S234，在所述第一导电件482、第二导电件483以及温度传感件484上还覆盖一钝化层475。具体可通过涂布、喷涂或者溅射的方式在所述第一导电件432、第二导电件433以及温度传感件434上形成上述钝化层475。
如图29-图30中所示，所述温度传感单元43还可通过直接在对应电连接区域409内生长而形成。所述温度传感单元43可为热释电传感器，其可基于热释电效应，具体地，其可随温度改变而产生电荷释放现象，以在生成的温度传感单元的两端产生对应的电压或电流变化。具体地，上述步骤S23a可进一步包括如下步骤：
步骤P231，在所述电连接区域409内形成覆盖第一导电连接件4091的热释电材料层491；
步骤P232，形成覆盖第二导电连接件4092与部分热释电材料层491的导电层492；及
步骤P233，在导电层492以及热释电材料层491之上形成绝缘层493。
具体地，在上述步骤P231中，所述热释电材料层491可通过涂布、晶化以及极化的方式形成，所述热释电材料层491的材质可为PVDF。
在上述步骤P232中，所述导电层492可为银层或铜层，其具体可采用溅射的方式形成。
在上述步骤P233中，所述绝缘层493的作用可用于隔绝电解液材料，以避免电解液对所述温度传感单元43内部结构造成损伤。
进一步地，在上述步骤P233之后，还可进一步在导电金属层42的表面形成活性材料层，以实现获得所需的电池层结构。
可以理解，基于上述不同的温度传感单元类型，可对应匹配不同的制备工艺步骤。进一步地，为了满足不同集成温度传感功能的电池集流体的需求，本发明还包括可在所述基材层41的两个主表面上均形成导电金属层42。
请参阅图31-图32，在本实施例的第二实施方式中上述步骤S2可包括如下步骤：
步骤S21b，在所述基材层41的两个主表面401上形成导电金属层42；
步骤S22b，通过刻蚀的方式在其中一导电金属层42上形成至少一个电连接区域409，以及形成与电连接区域409电连接的温度传感单元输出线49，其中，所述温度传感单元输出线49与所述基材层41上的导电线路电性连接；
步骤S23b，在所述电连接区域409内设置温度传感单元43；及
步骤S24b，在温度传感单元43之上形成绝缘层44。
可以理解，在上述步骤S21b-步骤S24b中，所提供的导电金属层42的材质可为铜层或铝层，设于两个主表面401上的导电金属层42的材质可相同或不同。
可以理解，在上述步骤S23b及步骤S24b中，所述温度传感单元43的具体固定方式及其结构可参考上述第一实施例以及第二实施例的第一实施方式中所述内容，在此不再赘述。
需要特别说明的是，在一些具体实施方式中，可在所述基材层41的两个主表面401上的导电金属层42均形成电连接区域409，并在对应的电连接区域409内设置温度传感单元43。
而在另一些具体实施方式中，也可以仅在其中一主表面401的一导电金属层42上形成电连接区域409，并在其内设置温度传感单元43。
进一步地，为了满足不同集成温度传感功能的电池集流体的需求，本发明还可进一步包括直接在基材层41上形成对应导电电极。
请参阅图33-图34，本实施例的第三实施方式中，上述步骤S2可具体包括如下步骤：
步骤S21c，在基材层41的至少一主表面401上蒸镀形成第一连接件471、第二连接件472。
步骤S22c，在上述主表面401形成与第一连接件471、第二连接件472电连接的温度传感件473；
其中，第一连接件471、第二连接件472通过一温度传感单元输出线49与外部电路连接；所述温度传感件473包括Gate极、D极以S极，其中，第一连接件471与D极、Gate极依次连接，而第二连接件472则与S极连接。
步骤S23c，采用TFT工艺形成覆盖第一连接件471、第二连接件472以及温度传感件473的钝化层475；
其中，所述温度传感件473以及钝化层475即相当于上述的温度传感单元43。
需要特别说明的是，在一些具体实施方式中，可在所述基材层41的两个主表面401上的均采用蒸镀的方式形成第一连接件471、第二连接件472，而无需额外先形成导电金属层42。
可以理解，在其他的一些具体实施方式中，也可以仅在一个主表面401上采用蒸镀的方式形成第一连接件471、第二连接件472；或在其中一主表面401上形成包含多个电连接区域409的导电金属层42，另一主表面401上以蒸镀的方式形成第一连接件471、第二连接件472。
可以理解，在本实施方式中，所述温度传感单元43也可采用如本实施例中的第一实施方式以及第二实施方式中所提供的温度传感单元43。
具体地，如图35中所示，当所述温度传感单元43以贴片方式固定，则可在上述步骤S21c后，还可包括如下步骤：
步骤S21c-1，以贴片方式置入温度传感单元43，并使所述温度传感单元43的正负极与第一连接件471、第二连接件472分别实现电连接。
其中，具体可采用焊锡、点胶的方式将温度传感单元43固定于所述第一连接件471、第二连接件472之上。
如图36中所示，当对应的所述温度传感单元43为半导体二极管温度传感器时，则可在上述步骤S21c后，还可包括如下步骤：
步骤S21c-2，采用蒸镀工艺在所述电连接区域内形成半导体二极管温度传感器；其中，所述半导体二极管温度传感器的正负极分别与第一连接件471、第二连接件472实现电性连接。
如图37中所示，当所述温度传感单元43为双层板半导体传感器时，则可在上述步骤S21c后，还可包括如步骤R231-步骤R232中所述先获得待固定的温度传感单元43之后，再将该温度传感单元43设于所述第一连接件471、第二连接件472，并向所述通孔47内注入导电材料，以使温度传感单元43的正负极通过所述通孔47内的导电材料与所述第一连接件471、第二连接件472电性导通及固定。
如图38中所示，所述温度传感单元43还可通过直接在对应所述第一连接件471、第二连接件472上生长而形成。所述温度传感单元43可为热释电传感器，其具体可基于热释电效应，具体地，其可随温度改变而表现出的电荷释放现象，以在生成的温度传感单元的两端产生对应的电压或电流变化。具体地，则可在上述步骤S21c后，还可包括如下步骤：
步骤S21c-3，依次形成覆盖所述第一连接件471的热释电材料层491；形成覆盖第二连接件472与部分热释电材料层491；以及形成覆盖在所述导电层492以及热释电材料层491之上的钝化层(图未示)。
当对应的所述温度传感单元43为半导体二极管温度传感器时，所述半导体二极光温度传感器也可直接形成在所述基材层41之上，并与对应的第一连接件471、第二连接件472电性连接。有关所述半导体二极管温度传感器的制备过程可参考上述第二实施方式，在此不再赘述。
请参阅图39，本发明的第五实施例提供一种电池装置制备方法T10，其包括如下步骤：
步骤T11，提供一基材层；
步骤T12，在所述基材层的至少一主表面上设置具有集流功能的导电金属层以及具有温度传感功能的温度传感单元，所述导电金属层与所述温度传感单元为共面设置或异面设置；
步骤T13，在所述导电金属层远离所述基材层的一面设置活性材料层，以获得待组装电池结构；以及
步骤T14，在至少两个待组装电池结构之间设置隔膜，并采用封装结构进行封装，以获得所需电池装置。
有关基材层、导电金属层、温度传感单元的相关限定条件可参考上述第一实施例-第四实施例的相关描述，在此不再赘述。
步骤T12及步骤T13中，当所述导电金属层与所述温度传感单元为共面设置时，也即，所述导电金属层可包括电连接区域与集流体功能区域，则所述活性材料层可设置在所述导电金属层的远离所述基材层的一面的集流体功能区域之内。
而当所述导电金属层与所述温度传感单元为异面设置，则所述活性材料层可覆盖在所述导电金属层远离所述基材层的一面。
若在所述基材层的两个主表面中均设置导电金属层，则可综合上述两种情况进行处理。
进一步地，上述步骤T14可进一步做细分，具体地，在采用封装结构进行封装之前，还包括如下步骤：
设置与所述待组装电池结构上导电金属层、温度传感单元电性连接的极耳；
在本实施例中，在进行封装后，极耳可外露于所述封装结构，以与外部电路电性导通。
可以理解，在本发明专利，在上述第一实施例-第五实施例中针对相同技术特征的描述说明可相互引用。实施例及实施方式中所列举仅作为示例，不作为本发明的限定。
与现有技术相比，本发明提出一种集成温度传感功能的电池集流体及电池装置。
本发明所提供的一种集成温度传感功能的电池集流体，其包括具有两个相对设置主表面的基材层，在至少一所述主表面上设有具有集流功能的导电金属层以及至少一具有温度传感功能的温度传感单元，其中，所述导电金属层与所述温度传感单元可共面设置或异面设置。通过直接在集成温度传感功能的电池集流体内置入温度传感单元，可使集成温度传感功能的电池集流体同时具备电池集流体功能以及温度传感功能，相比于现有需要额外引入温度传感器以对电池运行状态进行检测，本发明所提供的集成温度传感功能的电池集流体可将具有集流功能的导电金属层与具有温度传感功能的温度传感单元集成为一体，从而可精确获取电池运行中温度变化，及时了解电池的实际运行情况。基于上述结构的特点，还可提高该集成温度传感功能的电池集流体的稳定性以及安全性，并可进一步减少集成温度传感功能的电池集流体的体积。
在本发明中，进一步提供电池装置，所述电池装置包括单个电池单元，所述电池单元包括正极集流体、正极、隔膜、负极以及负极集流体，其中，所述正极集流体及所述负极集流体可采用如上所述的集成温度传感功能的电池集流体。相比于现有需要额外引入温度传感器以对电池运行状态进行检测，本发明所提供的电池装置可通过置入具有集流功能以及具有温度传感功能的集成温度传感功能的电池集流体，可精确获取电池运行中温度变化，以及时了解电池的实际运行情况。基于上述结构的特点，还可提高该集成温度传感功能的电池集流体的稳定性以及安全性，并可进一步减少集成温度传感功能的电池集流体的体积。
在本发明中，所述电池装置可包括单个电池单元或者由多个电池单元叠加设置而成。在制备获得所述电池装置时，可在所述集成温度传感功能的电池集流体的导电金属层远离基材层的一侧可形成活性材料层，所述活性材料层可为电池正极或电池负极。可见，上述所提供的电池单元的体积可更小，以满足不同电池容量的电池装置的需求。
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，凡在本发明的原则之内所做的任何修改，等同替换和改进等均应包含本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种集成温度传感功能的电池集流体，其特征在于：所述集成温度传感功能的电池集流体包括具有两个相对设置主表面的基材层，在至少一所述主表面上设有具有集流功能的导电金属层以及至少一具有温度传感功能的温度传感单元，其中，所述导电金属层与所述温度传感单元共面设置或异面设置。
2.如权利要求1中所述集成温度传感功能的电池集流体，其特征在于：所述基材层上设有分别与温度传感单元、导电金属层电性导通的导电线路；和/或所述导电金属层的材质包括铜、铝中任一种。
3.如权利要求1中所述集成温度传感功能的电池集流体，其特征在于：所述基材层的两个相对设置的主表面上分别设置导电金属层，在其中一主表面上设有由导电金属层刻蚀形成的多个电连接区域与集流体功能区域，其中，所述温度传感单元设于所述电连接区域之内。
4.如权利要求1中所述集成温度传感功能的电池集流体，其特征在于：在所述基材层的一主表面上设置导电金属层，在该导电金属层上刻蚀形成的多个电连接区域与集流体功能区域，其中，所述温度传感单元设于所述电连接区域之内。
5.如权利要求3或4中所述集成温度传感功能的电池集流体，其特征在于：所述电连接区域内设有导电连接件，所述温度传感单元与所述导电连接件电性导通。
6.如权利要求1中所述集成温度传感功能的电池集流体，其特征在于：在所述基材层的至少一主表面上形成第一连接件与第二连接件，所述温度传感单元设于所述第一连接件与第二连接件之上，且与其电性导通。
7.如权利要求1中所述集成温度传感功能的电池集流体，其特征在于：在所述基材层的两个主表面上均设有多个温度传感单元；所述温度传感单元包括半导体温度传感器、热电偶温度传感器、热释电温度传感器以及以直接生长获得的热释电式温度传感器中任一种或其组合。
8.一种电池装置，其特征在于：所述电池装置包括单个电池单元，所述电池单元包括正极集流体、正极、隔膜、负极以及负极集流体，其中，所述正极集流体及所述负极集流体中任一个或两个为如权利要求1-4及6-7中任一项所述集成温度传感功能的电池集流体。
9.一种电池装置，其特征在于：所述电池装置包括多个电池单元，相邻叠加设置的电池单元之间共用如权利要求1-4及6-7中任一项所述集成温度传感功能的电池集流体。
10.如权利要求9中所述电池装置，其特征在于：在所述集成温度传感功能的电池集流体的导电金属层远离基材层的一侧形成活性材料层，所述活性材料层为电池正极或电池负极。
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