CN117053937B - 温度传感器及其制备方法、以及集成该温度传感器的电池 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及电池温度监测技术领域，具体涉及一种温度传感器及其制备方法、以及集成该温度传感器的电池，关于温度传感器的制备，首先在衬底上形成底层电极，之后形成交错的PEDOT薄膜与碳纳米管薄膜，并放置顶层电极后封装成型；关于电池，包括壳体、电芯，以及至少一个温度传感器；壳体端部设置有电池盖板，温度传感器具有信号输出端，信号输出端采用内置或外置于电池盖板的结构设计，并密封设置。本发明基于温度传感器的制备成型及应用，因其柔软特性，在电芯内部没有额外应力产生，能够实时监控电池内部工作温度的同时，不伤害电池的安全；同时阵列分布的温度传感器可快速采集到电池内部各个不同位置的温度信息，保证温度采集的可靠性与时效性。
Description
技术领域
本发明涉及电池温度监测技术领域，特别涉及一种温度传感器及其制备方法、以及集成该温度传感器的电池。
背景技术
随着技术进步，锂电池的应用领域也越来越多，如动力领域和储能领域。如何解决锂电池安全问题是新能源行业内一个非常重要的课题。国家重点研发计划：“储能与智能电网技术”将电池内部的温度和压力的实时监控，列为非常重要的的研究课题。由于锂电池本身的材料和性能，最佳工作温度区间有限(25～40℃)。锂电池不能进行过高温和过低温的充放电。若在过低温状态下，锂离子在绝大多数电极材料中的扩散速率急剧下降，导致锂电池低温性能严重衰退，容量也会逐渐减少。若在过高温状态下，高温会破坏电池内部的化学平衡，副反应速率大大增加，大幅缩短电池循环寿命，其稳定性也会急剧下降。因此，控制锂电池的工作环境温度至关重要，成为锂电池的主要攻坚方向，而锂电池内部温度分布的实时监控，是控制锂电池内部温度的关键所在。
从现有的电池温度监控管理技术来看，动力电池往往依靠BMS（BatteryManagement system，电池管理系统）实现温度采集与实时监控，而动力电池在运行时电池包各层面温度差异明显，进而影响了电池温度监控测量的准确性。
锂电池属于密封件，其内部温度测量困难，现有技术中锂电池的温度测量是在锂电池的串、并联铝排上固定温度线，从而测得锂电池充放电时的温度数据，但是这种方法只能测量电池外部的局部温度，而且采集的电池外部温度与内部的实时工作温度不一致，且采集和传输较为滞后，以至于高温报警存在延误，影响风险报警的时效性。针对上述困境，目前行业内尚未提出有效地解决方案，如何快速实时地获得电池内部的温度分布真实数据是目前锂电池安全领域内的痛点，因此本申请提供了一种温度传感器及其制备方法、以及集成该温度传感器的电池，以解决现有技术中存在的问题。
发明内容
本发明目的是：提供一种温度传感器及其制备方法、以及集成该温度传感器的电池，以解决现有技术中无法快速、准确、实时地获得电池内部的温度分布真实数据的问题。
本发明的技术方案是：一种温度传感器及其制备方法，包括：
选择衬底，并在衬底上形成底层电极；
将碳纳米管分散于介质溶液中，通过抽滤或喷涂的方法在底层电极上形成具有自支撑的碳纳米管薄膜；
在所述碳纳米管薄膜表面通过化学气相沉积法生长PEDOT薄膜，所述PEDOT薄膜与所述碳纳米管薄膜交错生长在一起；
在交错的所述PEDOT薄膜与所述碳纳米管薄膜上放置顶层电极，之后采用封装材料封装形成全柔性温度传感器。
优选的，交错的所述PEDOT薄膜与所述碳纳米管薄膜之间形成供电子受热激发后进行跃迁的界面，所述界面越多，交错生长的复合薄膜温度敏感度越高。
优选的，所述碳纳米管薄膜与所述PEDOT薄膜的厚度比为1：（2.4～3.6）；其中，所述碳纳米管薄膜的厚度为0.01～0.05mm。
优选的，所述全柔性温度传感器的响应时间与所述PEDOT薄膜的厚度呈正相关。
优选的，所述介质溶液选择有机溶剂或者水，分散时间不少于5次，每次时间不少于30s，工作环境温度为20℃～30℃。
优选的，所述衬底选用PET、PC、PDMS中的任意一种；
所述底层电极和所述顶层电极选用碳纳米管薄膜电极材料、石墨烯薄膜电极材料、丝印银浆电极材料、铜箔、FPC电极中的任意一种；
所述封装材料采用环氧树脂，硅胶，UV胶，PEEK，PPS，聚酰亚胺，聚对二甲苯中的任意一种。
本申请中还公开了一种温度传感器以及集成该温度传感器的电池，其中，温度传感器采用上述的一种温度传感器的制备方法获得。
关于集成温度传感器的电池，包括壳体、电芯，以及至少一个温度传感器；所述温度传感器贴合所述电芯安装，并具有延伸至所述壳体外部的信号输出端；
当采用多个所述温度传感器时，多个所述温度传感器阵列分布，每个所述温度传感器所在位置构造成温度传感点，用于监测所述电芯不同位置处的温度；
所述壳体端部设置有电池盖板，所述信号输出端采用内置于所述电池盖板内的结构，或者外置于所述电池盖板内的结构。
优选的，当所述信号输出端采用内置于所述电池盖板内的结构，其中：
所述电池盖板中嵌入快插结构，所述快插结构与所述电池盖板之间填充有密封材料；所述信号输出端插入所述快插结构的一端，所述快插结构与所述信号输出端的连接位置处设置有密封结构a。
优选的，当所述信号输出端采用外置于所述电池盖板内的结构，其中：
所述电池盖板上设置有供所述信号输出端由内向外延伸的通孔，所述通孔处设置有密封结构b，用以保持所述信号输出端的密封性；所述密封结构b包括高压密封圈、密封件以及高压密封橡胶；
所述高压密封圈设置于所述通孔内侧与外侧对应的外圈处，且处于外圈的高压密封圈通过密封螺母锁紧固定；所述密封件嵌入所述通孔内，所述高压密封橡胶填充于所述密封件内，且所述高压密封橡胶上具有供所述信号输出端贯穿的孔体；所述信号输出端与所述高压密封橡胶之间采用硅胶、环氧树脂固化。
与现有技术相比，本发明的优点是：
（1）温度传感器中基于碳纳米管薄膜和PEDOT薄膜的交错生长形成能够提升温度敏感度的复合材料，由于碳纳米管薄膜和PEDOT薄膜之间形成有界面，供受热电子跃迁，并基于适中的PEDOT薄膜的厚度，使得电子能够平稳穿过PEDOT薄膜到达电极，过程中能量损耗少，响应时间适中。
（2）合理控制了碳纳米管薄膜和PEDOT薄膜的厚度比，避免PEDOT薄膜过薄而引发的导电稳定性问题，又避免PEDOT薄膜过厚而引发的能量损耗问题；其中，当PEDOT薄膜过薄时，空气中的水分或灰尘会被裸露的PEDOT薄膜侧面所吸附，从而影响材料导电稳定性；当PEDOT薄膜过厚时，电子从界面跃迁后需要经过厚的PEDOT薄膜朝着电极传输，过程中部分热能就会被PEDOT薄膜损耗，同时也会出现温度响应时间过长的问题。
（3）基于全柔性温度传感器的制备成型及应用，因其柔软特性，在电芯内部没有额外应力产生，能够实时监控电池内部工作温度的同时，不伤害电池的安全；并通过封装技术，解决其在电池内部抗腐蚀性、抗老化性，以及信号安全传输的问题，保证了温度传感阵列可快速采集到电池内部各个不同位置的温度信息，保证了温度采集的可靠性与时效性，让电池时刻工作在安全、高效的温度范围内。
（4）温度传感器主要由底层电极，顶层电极，以及形成于两者之间的复合材料构成，通过厚度的控制，整体结构实现超薄设计，该特性保证其不会给电芯在工作时带来空间上的挤压，降低安全隐患。
（5）集成有温度传感器的电池中，采用阵列分布的多个温度传感点，实现实时监控电芯内部多点的温度情况，从而实时监控电池内部温度分布情况，为BMS对电池的管理决策提供数据支持。
（6）信号输出端可采用内置于电池盖板的结构，或者外置于电池盖板的结构，可根据使用场景进行合理选择；同时由于温度传感器要求信号输出不能妨碍电池的高密封性，因此信号输出端与外部结构的连接处均采用密封设计，保持高度密封性，减小对电池性能的影响。
附图说明
下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：
图1a为本发明实施例1所述全柔性温度传感器制备过程中PEDOT薄膜与碳纳米管薄膜交错生长的剖面SEM图；
图1b为本发明实施例1所述PEDOT薄膜与碳纳米管薄膜交错生长界面的俯视图；
图2为本发明实施例1中PEDOT@M-SWCNTr薄膜应用于温度传感器的温度性能曲线图；
图3为本发明实施例1所述全柔性温度传感器的时间-电流曲线；
图4为本发明实施例1所述全柔性温度传感器在温度保持阶段的时间-电流曲线；
图5为本发明对比例1所述全柔性温度传感器的时间-电流曲线；
图6为本发明对比例1所述全柔性温度传感器在温度保持阶段的时间-电流曲线；
图7为本发明对比例2所述全柔性温度传感器的时间-电流曲线；
图8为本发明对比例2所述全柔性温度传感器在温度保持阶段的时间-电流曲线；
图9为本发明对比例3所述全柔性温度传感器的时间-电流曲线；
图10为本发明对比例3所述全柔性温度传感器在温度保持阶段的时间-电流曲线；
图11为本发明对比例4所述全柔性温度传感器的时间-电流曲线；
图12为本发明对比例4所述全柔性温度传感器在温度保持阶段的时间-电流曲线；
图13为本发明实施例2所述的一种集成温度传感器的电池的结构示意图；
图14为本发明实施例2所述电池盖板上的密封结构的示意图；
图15为本发明实施例3所述信号输出端与电池盖板的设置结构示意图。
其中：1、壳体，2、电池盖板，3、电芯，4、温度传感器，5、信号输出端，6、通孔，7、密封结构b，8、密封件，9、高压密封橡胶，10、孔体，11、快插结构，12、密封结构a。
具体实施方式
下面结合具体实施例，对本发明的内容做进一步的详细说明：
为了便于理解，首先说明本申请的应用场景，在电池领域中，尤其是锂电池领域，因无法实时监控电池内部的温度，安全隐患大；本申请则基于温度传感器的制备，实现快速采集锂电池内部各个不同位置的温度信息，保证安全性。
实施例1
一种温度传感器的制备方法，包括如下步骤：
a、选择衬底并清洗干净，衬底材料选用PET，厚度为0.18mm，并在选择完成后采用印刷方式在衬底上形成底层电极；
b、将碳纳米管分散于水中，碳纳米管在水中的分散时间为5次*30s，工作环境下的温度为25℃；碳纳米管选用M-SWCNTr，即金属单壁碳纳米管，长度为1μm，分散后通过喷涂的方法在底层电极上形成具有自支撑的碳纳米管（M-SWCNTr）薄膜；碳纳米管薄膜厚度为0.03mm；
c、在碳纳米管薄膜表面通过化学气相沉积法生长PEDOT薄膜，如图1a、图1b所示，PEDOT薄膜与碳纳米管薄膜交错生长在一起，其中区域M为碳纳米管（M-SWCNTr）薄膜，N区域为PEDOT薄膜；M-SWCNTr薄膜与PEDOT薄膜的厚度比为1：3；交错的PEDOT薄膜与碳纳米管薄膜之间形成供电子受热激发后进行跃迁的界面，界面越多，交错生长的复合薄膜温度敏感度越高；传统的，PEDOT：PSS薄膜的温度敏感度为0.4%/℃，碳纳米管（CNT）薄膜的温度敏感度为0.18%/℃，PEDOT：PSS@CNT薄膜的温度敏感度为0.6%/℃，而本申请中将PEDOT@M-SWCNTr薄膜应用于温度传感器，根据实际采集到的温度与电阻数据，绘制得到图2所示的温度性能曲线图，其对应的函数关系式为：
y=0.10+21.77*exp(-(x+20.38)/18.98);
经计算，当温度在-19～-20℃区间内时，温度敏感度达到5.6%/℃；
当温度在0～1℃区间内时，温度敏感度达到4.9%/℃；
当温度在19～20℃区间内时，温度敏感度达到4.4%/℃；
当温度在49～50℃区间内时，温度敏感度达到3.7%/℃；
因此，本申请中PEDOT@M-SWCNTr薄膜应用于温度传感器的温度敏感度能够达到4%/℃左右。
d、在交错的所述PEDOT薄膜与M-SWCNTr薄膜上放置顶层电极，之后采用封装材料封装形成全柔性温度传感器；在使用场景下，全柔性的温度传感器在电芯内部没有应力，能够在监控电池工作状态下温度的同时不会伤害到电池的安全；底层电极和顶层电极可选用碳纳米管薄膜电极材料，封装材料采用环氧树脂，用来来保护温度传感器抗腐蚀，防老化，高绝缘性，热传导的问题，并基于封装的实现，使其可以快速采集电池内部的温度，而不会发生感温延迟而导致电池安全问题。
经制备得到的全柔性温度传感器，如图3所示，当碳纳米管（M-SWCNTr）薄膜与PEDOT薄膜的厚度比为1：3时，温度上升曲线比较平滑，温度保持阶段曲线也比较平滑；如图4所示，试验场景从30℃升温至60℃，再降温至30℃的过程中，可以验证温度保持阶段，温度平台能够保持很平稳。
其原因在于，当碳纳米管（M-SWCNTr）薄膜与PEDOT薄膜的厚度比在1：3的情况下，敏感材料由M-SWCNTr、M-SWCNTr/PEDOT界面、以及PEDOT组成，复合材料对温度敏感的原因在于M-SWCNTr/PEDOT界面，电子受热激发后在该界面上进行跃迁，并通过温敏的PEDOT薄膜平稳地传输至电极。整个过程响应时间适中，温度灵敏度高，性能稳定。
对比例1
一种温度传感器的制备方法，包括如下步骤：
a、选择衬底并清洗干净，衬底选择完成后在衬底上形成底层电极；
b、将碳纳米管分散于水中，碳纳米管在水中的分散时间为5次*30s，温度为25℃；通过喷涂的方法在底层电极上形成具有自支撑的碳纳米管（M-SWCNTr）薄膜；M-SWCNTr薄膜厚度为0.03mm；
c、在M-SWCNTr薄膜表面通过化学气相沉积法生长PEDOT薄膜，PEDOT薄膜与碳纳米管薄膜交错生长在一起，本实施方式中，M-SWCNTr薄膜与PEDOT薄膜的厚度比为1：2；
d、在交错的PEDOT薄膜与M-SWCNTr薄膜上放置顶层电极。
如图5、图6所示，本实施方式中，M-SWCNTr薄膜与PEDOT薄膜的厚度比为1：2，相较于实施例1，其响应时间变短，对温度敏感，会发生温度过冲现象。
对比例2
一种温度传感器的制备方法，包括如下步骤：
a、选择衬底并清洗干净，衬底选择完成后在衬底上形成底层电极；
b、将碳纳米管分散于水中，碳纳米管在水中的分散时间为5次*30s，温度为25℃；通过喷涂的方法在底层电极上形成具有自支撑的碳纳米管薄膜（M-SWCNTr）；M-SWCNTr薄膜厚度为0.03mm；
c、在M-SWCNTr薄膜表面通过化学气相沉积法生长PEDOT薄膜，PEDOT薄膜与M-SWCNTr薄膜交错生长在一起，本实施方式中，M-SWCNTr薄膜与PEDOT薄膜的厚度比为1：1；
d、在交错的PEDOT薄膜与M-SWCNTr薄膜上放置顶层电极。
如图7、图8所示，本实施方式中，M-SWCNTr薄膜与PEDOT薄膜的厚度比为1：1，其响应时间更加短，对温度更加敏感，也易发生温度过冲现象。
综合实施例1、对比例1、对比例2，其区别在于M-SWCNTr薄膜与PEDOT薄膜的厚度比不同，对比例1和对比例2中产生的现象是由于缺少了纯PEDOT薄膜的缓冲，电子在界面间的跃迁，使得电子更加容易到达电极，导致了响应时间更加短；同时，界面上方由于PEDOT薄膜厚度过小，空气中的水分或灰尘被裸露的PEDOT薄膜侧面所吸附，从而影响材料导电性的稳定性。
对比例3
a、选择衬底并清洗干净，衬底选择完成后在衬底上形成底层电极；
b、将碳纳米管分散于水中，碳纳米管在水中的分散时间为5次*30s，温度为25℃；通过喷涂的方法在底层电极上形成具有自支撑的碳纳米管薄膜（M-SWCNTr）；M-SWCNTr薄膜厚度为0.03mm；
c、在M-SWCNTr薄膜表面通过化学气相沉积法生长PEDOT薄膜，PEDOT薄膜与M-SWCNTr薄膜交错生长在一起，本实施方式中，M-SWCNTr薄膜与PEDOT薄膜的厚度比为1：4；
d、在交错的PEDOT薄膜与M-SWCNTr薄膜上放置顶层电极。
如图9、图10所示，当PEDOT薄膜加厚时，会出现温度响应时间延长的情形，相较于实施例1，本对比例3状态下的响应时间增长了30%。
对比例4
a、选择衬底并清洗干净，衬底选择完成后在衬底上形成底层电极；
b、将碳纳米管分散于水中，碳纳米管在水中的分散时间为5次*30s，温度为25℃；通过喷涂的方法在底层电极上形成具有自支撑的碳纳米管薄膜（M-SWCNTr）；M-SWCNTr薄膜厚度为0.03mm；
c、在M-SWCNTr薄膜表面通过化学气相沉积法生长PEDOT薄膜，PEDOT薄膜与M-SWCNTr薄膜交错生长在一起，本实施方式中，M-SWCNTr薄膜与PEDOT薄膜的厚度比为1：5；
d、在交错的PEDOT薄膜与M-SWCNTr薄膜上放置顶层电极。
如图11、图12所示，当PEDOT薄膜越厚，响应时间越慢，不同温度之间的变化趋势越平坦。
综合对比例3、对比例4可知，当PEDOT薄膜加厚，在M-SWCNTr/PEDOT界面上受温度跃迁的电子需要经过厚的PEDOT薄膜，在朝着电极传输电子的过程中，部分热能会被PEDOT薄膜损耗，从而出现温度响应时间延长的情形。
综合上述，当PEDOT薄膜的厚度越厚，全柔性温度传感器的响应时间越长，进而，全柔性温度传感器的响应时间与PEDOT薄膜的厚度呈正相关。
在其他实施方式中，关于衬底材料，还可选用PC、PDMS；关于底层电极与顶层电极，还可选用石墨烯薄膜电极材料、丝印银浆电极材料、铜箔、FPC电极；关于封装材料，还可选用硅胶、UV胶、PEEK、PPS、聚酰亚胺、聚对二甲苯。
将碳纳米管分散于介质溶液中时，介质溶液除了选择水以外，还可以采用有机溶剂，例如：乙醇、二氯甲烷。在形成碳纳米管薄膜时，除采用喷涂的方法外，还可采用抽滤方法实现。
实施例2
基于一种温度传感器的制备方法，本申请还公开了采用该制备方法制备得到的温度传感器，其属于全柔性温度传感器，并可应用于电池中，主要为锂电池领域；由于全柔性温度传感器主要由底层电极，顶层电极，以及形成于两者之间的复合材料构成，通过厚度的控制，整体结构实现超薄设计，厚度一般控制在0.3mm～0.6mm；该特性保证其不会给电芯在工作时带来空间上的挤压，能够降低电池使用的安全隐患。如图13所示，关于集成温度传感器的电池，包括壳体1、电芯3，以及至少一个温度传感器4，图中仅示出壳体1的局部结构。
当采用多个温度传感器4时，多个温度传感器4阵列分布，并贴合电芯3安装，每个温度传感器4所在位置构造成温度传感点，实现实时监控电芯3内部多点的温度情况，从而实时监控电池内部温度分布情况，为BMS对电池的管理决策提供数据支持。在一实施方式中，当壳体1内部具有单个电芯3时，温度传感器4贴合电芯3一侧外壁设置；在其他实施方式中，当壳体1内部具有两个电芯3时，温度传感器4夹设在两个电芯之间。
多个温度传感器4集成有延伸至壳体1外部的信号输出端5，本实施例中，信号输出端5采用外置于电池盖板2的结构设计方式，对应连接的快插结构11置于壳体1的外部。由于信号输出端5与快插结构11连接需穿过电池盖板2，因此需在信号输出端5与电池盖板2之间采用高压密封。
结合图14所示，壳体1包括电池盖板2，电池盖板2上设置有供信号输出端5由内向外延伸的通孔6，通孔6处设置有密封结构b7，用以保持信号输出端5的密封性。密封结构b7包括密封件8及高压密封橡胶9；电池盖板2的通孔6内侧与外侧对应的外圈处均放置有高压密封圈，外侧通过密封螺母锁紧固定；密封件8采用铝制结构，嵌入通孔6内，高压密封橡胶9填充于密封件8内，且高压密封橡胶9上具有供信号输出端5贯穿的孔体10，孔体10呈扁形结构；信号输出端5与高压密封橡胶9之间采用硅胶、环氧树脂固化。
具体的密封方法如下：
第一步：在电池盖板2上开设圆形结构的通孔6，在一实施方式中，电池盖板2约为2mm厚，开设的通孔6直径为10mm；
第二步：在电池盖板2内侧，通孔6外圈处放置高压密封圈，然后将密封件8放置于通孔6内，并在密封件8内部放置高压密封橡胶9，高压密封橡胶9上开设扁形结构的孔体10；
第三步：将覆盖有硅胶的信号输出端5（印刷电路）通过扁形结构的孔体10延伸到电池盖板2外侧，并在信号输出端5与高压密封橡胶9之间加入硅胶、环氧树脂固化，让信号输出端5与高压密封橡胶9之间形成良好的密封；
第四步：密封好后，在电池盖板2内侧，密封件8内灌上密封胶，再次固化好信号输出端5；在电池盖板2外侧，在通孔6外侧放置高压密封圈，套上密封螺母，在密封件8外部封上密封胶，实现整个部位的密封设置。
实施例3
一种集成温度传感器的电池，包括壳体1、电芯3，以及至少一个温度传感器4，当采用多个温度传感器4时，多个温度传感器4阵列分布，贴合电芯3安装，并具有信号输出端5，本实施方式中，信号输出端5采用内置于电池盖板2的结构设计方式，对应的快插结构11置于电池盖板2内部。
如图15所示，电池盖板2中嵌入快插结构11，快插结构11与电池盖板2之间填充有密封材料；信号输出端5插入快插结构11的一端，快插结构11与信号输出端5连接位置处设置有密封结构a12，该密封结构a12可采用高压密封橡胶；同时，快插结构11与电池盖板2连接位置对应的内外两侧通过加入硅胶、环氧树脂固化，有效保证信号输出端5的密封性。在使用场景下，可直接通过快插结构11实现与外部设备的快速连接。
综合上述，本申请中信号输出端5基于场景使用需求可采用内置式或外置式的设置方式，对应连接的电池盖板2处均采用密封设计，可防止温度传感器4的信号输出妨碍电池的高密封性而影响电池的安全性。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明，因此无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。
Claims (10)
1.一种温度传感器的制备方法，其特征在于，包括：
选择衬底，并在衬底上形成底层电极；
将碳纳米管分散于介质溶液中，通过抽滤或喷涂的方法在底层电极上形成具有自支撑的碳纳米管薄膜；
在所述碳纳米管薄膜表面通过化学气相沉积法生长PEDOT薄膜，所述PEDOT薄膜与所述碳纳米管薄膜交错生长在一起；所述碳纳米管薄膜与所述PEDOT薄膜的厚度比为1：（2.4～3.6）；
在交错的所述PEDOT薄膜与所述碳纳米管薄膜上放置顶层电极，之后采用封装材料封装形成全柔性温度传感器。
2.根据权利要求1所述的温度传感器的制备方法，其特征在于：交错的所述PEDOT薄膜与所述碳纳米管薄膜之间形成供电子受热激发后进行跃迁的界面，所述界面越多，交错生长的复合薄膜温度敏感度越高。
3.根据权利要求2所述的温度传感器的制备方法，其特征在于：所述碳纳米管薄膜的厚度为0.01～0.05mm。
4.根据权利要求3所述的温度传感器的制备方法，其特征在于：所述全柔性温度传感器的响应时间与所述PEDOT薄膜的厚度呈正相关。
5.根据权利要求1所述的温度传感器的制备方法，其特征在于：所述介质溶液选择有机溶剂或者水，分散时间不少于5次，每次时间不少于30s，工作环境温度为20℃～30℃。
6.根据权利要求1所述的温度传感器的制备方法，其特征在于：所述衬底选用PET、PC、PDMS中的任意一种；
所述底层电极和所述顶层电极选用碳纳米管薄膜电极材料、石墨烯薄膜电极材料、丝印银浆电极材料、铜箔、FPC电极中的任意一种；
所述封装材料采用环氧树脂，硅胶，UV胶，PEEK，PPS，聚酰亚胺，聚对二甲苯中的任意一种。
7.一种温度传感器，其特征在于：采用如权利要求1～6任一项所述的温度传感器的制备方法获得。
8.一种集成温度传感器的电池，其特征在于：包括壳体、电芯，以及采用如权利要求1～6任一项所述的温度传感器的制备方法获得的至少一个温度传感器；所述温度传感器贴合所述电芯安装，并具有延伸至所述壳体外部的信号输出端；
当采用多个所述温度传感器时，多个所述温度传感器阵列分布，每个所述温度传感器所在位置构造成温度传感点，用于监测所述电芯不同位置处的温度；
所述壳体端部设置有电池盖板，所述信号输出端采用内置于所述电池盖板内的结构，或者外置于所述电池盖板内的结构。
9.根据权利要求8所述的集成温度传感器的电池，其特征在于：当所述信号输出端采用内置于所述电池盖板内的结构，其中：
所述电池盖板中嵌入快插结构，所述快插结构与所述电池盖板之间填充有密封材料；所述信号输出端插入所述快插结构的一端，所述快插结构与所述信号输出端的连接位置处设置有密封结构a。
10.根据权利要求8所述的集成温度传感器的电池，其特征在于：当所述信号输出端采用外置于所述电池盖板内的结构，其中：
所述电池盖板上设置有供所述信号输出端由内向外延伸的通孔，所述通孔处设置有密封结构b，用以保持所述信号输出端的密封性；所述密封结构b包括高压密封圈、密封件以及高压密封橡胶；
所述高压密封圈设置于所述通孔内侧与外侧对应的外圈处，且处于外圈的高压密封圈通过密封螺母锁紧固定；所述密封件嵌入所述通孔内，所述高压密封橡胶填充于所述密封件内，且所述高压密封橡胶上具有供所述信号输出端贯穿的孔体；所述信号输出端与所述高压密封橡胶之间采用硅胶、环氧树脂固化。
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Citations (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106017718A (zh) * | 2016-07-28 | 2016-10-12 | 国网山西省电力公司忻州供电公司 | 柔性温度传感器 |
| CN108680273A (zh) * | 2018-05-21 | 2018-10-19 | 佛山市顺德区中山大学研究院 | 一种温度传感器及其制作方法 |
| CN110068397A (zh) * | 2019-04-29 | 2019-07-30 | 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 | 一种柔性体温传感器及其制备方法 |
| CN211507825U (zh) * | 2020-01-13 | 2020-09-15 | 惠州亿纬锂能股份有限公司 | 可检测内部温度的电池 |
| CN112442246A (zh) * | 2020-11-16 | 2021-03-05 | 柔微智能科技(苏州)有限公司 | 柔性压力传感膜制备方法、摔倒报警柔性地板及制作方法 |
| CN114608716A (zh) * | 2022-03-24 | 2022-06-10 | 广东粤港澳大湾区协同创新研究院 | 一种柔性温度压力双模态传感器及其制备与测试方法 |
| CN114914566A (zh) * | 2022-05-30 | 2022-08-16 | 上海交通大学 | 电芯内部集成柔性温度监测传感器的锂电池 |
| CN115360449A (zh) * | 2022-09-15 | 2022-11-18 | 厦门海辰储能科技股份有限公司 | 检测工装、温度的校核方法及储能装置 |
| CN116147796A (zh) * | 2023-02-20 | 2023-05-23 | 厦门大学 | 基于压力和温度的自供电柔性传感器及其制作方法和应用 |
| CN116295893A (zh) * | 2023-03-21 | 2023-06-23 | 吉林大学 | 一种基于双层水凝胶温度敏感薄膜的柔性温度传感器、制备方法及其应用 |
| CN116412925A (zh) * | 2023-05-23 | 2023-07-11 | 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 | 柔性温度传感器及其制备方法、器件和设备 |
-
2023
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Patent Citations (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106017718A (zh) * | 2016-07-28 | 2016-10-12 | 国网山西省电力公司忻州供电公司 | 柔性温度传感器 |
| CN108680273A (zh) * | 2018-05-21 | 2018-10-19 | 佛山市顺德区中山大学研究院 | 一种温度传感器及其制作方法 |
| CN110068397A (zh) * | 2019-04-29 | 2019-07-30 | 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 | 一种柔性体温传感器及其制备方法 |
| CN211507825U (zh) * | 2020-01-13 | 2020-09-15 | 惠州亿纬锂能股份有限公司 | 可检测内部温度的电池 |
| CN112442246A (zh) * | 2020-11-16 | 2021-03-05 | 柔微智能科技(苏州)有限公司 | 柔性压力传感膜制备方法、摔倒报警柔性地板及制作方法 |
| CN114608716A (zh) * | 2022-03-24 | 2022-06-10 | 广东粤港澳大湾区协同创新研究院 | 一种柔性温度压力双模态传感器及其制备与测试方法 |
| CN114914566A (zh) * | 2022-05-30 | 2022-08-16 | 上海交通大学 | 电芯内部集成柔性温度监测传感器的锂电池 |
| CN115360449A (zh) * | 2022-09-15 | 2022-11-18 | 厦门海辰储能科技股份有限公司 | 检测工装、温度的校核方法及储能装置 |
| CN116147796A (zh) * | 2023-02-20 | 2023-05-23 | 厦门大学 | 基于压力和温度的自供电柔性传感器及其制作方法和应用 |
| CN116295893A (zh) * | 2023-03-21 | 2023-06-23 | 吉林大学 | 一种基于双层水凝胶温度敏感薄膜的柔性温度传感器、制备方法及其应用 |
| CN116412925A (zh) * | 2023-05-23 | 2023-07-11 | 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 | 柔性温度传感器及其制备方法、器件和设备 |
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