CN206758597U - 基于可测量电池内部温度装置的铝壳电池 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及电池生产技术领域，特别公开了一种基于可测量电池内部温度装置的铝壳电池。该基于可测量电池内部温度装置的铝壳电池，包括测量温度的测试装置和铝壳，其特征在于：所述测试装置为线路板固定热敏电阻结构，热敏电阻固定在线路板上的镶嵌孔内，线路板上连接有导线；测试装置夹持在芯包中间，且芯包两侧分别焊接有正极耳和负极耳，芯包位于铝壳内，铝壳顶端设置有封闭铝壳的盖板。本实用新型可灵活调整整个测试部件在芯包中纵横向的位置，可根据需要灵活测试电池内部不同深度正负极片的温度，可以得到电池厚度梯度上的温度反馈。

Description

基于可测量电池内部温度装置的铝壳电池

（一）技术领域

本实用新型涉及电池生产技术领域，特别涉及一种基于可测量电池内部温度装置的铝壳电池。

（二）背景技术

铝壳技术已非常成熟，且对材料技术（如气胀率、膨胀率等指标）要求不高，业内不存在技术壁垒；而软包锂离子电池目前尚有较多技术难题有待解决，尤其在电池循环膨胀指标上，大部分电芯厂仍未解决该问题。铝壳电池制造自动化程度高于软包锂离子电池，因此，在一定程度上降低了人为因素对产品一致性影响，同时节省了人工成本。

铝壳电池材料已完全国产化，而软包锂离子电池用铝塑膜材料仍需进口，且铝壳电池对电池材料技术要求低于软包锂离子电池，因此，在同等容量下整体材料成本比软包锂离子电池低10%左右。此外，铝壳成品加工简单，Pack可靠且成本优势明显。

单体锂离子铝壳电池由正极、负极、隔膜以及电解液和铝壳组成。壳体主体采用优质的铝合金型材，具有设计合理、结构坚固、外形美观等特点。铝壳电池由于本身结构的特性，电芯比较软，同时却有规整的坚固铝壳骨架，却又不利于电芯气体的排出。铝壳对SEI膜形成有影响，化成SEI膜的形成过程是铝壳电池面临主要问题之一，而SEI膜分解是反应热的主要来源之一。由于接触表面积铝壳相对铝塑膜较小，铝壳比铝塑膜的散热效果也更差，外部测温精确度也更差，电池的冷却散热不能直接进行，故铝壳电池组散热控制要求会更高。

电池的充放电过程的电化学反应是可逆反应，仍以磷酸铁锂材料为例。

磷酸铁锂材料电池反应方程式：

正极反应：LiFePO₄⇔Li_1-xFePO₄+xLi⁺+xe^-；

负极反应：xLi⁺+xe^-+6C⇔Li_xC₆；

总反应式：LiFePO₄+6xC⇔Li_1-xFePO₄+Li_xC₆。

放电过程，电池从左至右发生可逆反应，产生反应热。其主要产热反应包括：SEI膜分解，电解液分解，正极分解，负极与电解液反应，负极与粘结剂反应；还有电池内阻的存在也会产热。反应热主要来源SEI膜的分解，当前研究电池的热管理系统，为了使电池组各单体电池之间温度差异较小，温度分布均匀，对于改善单体电池电化学性能，提高电池组充放电能力和使用寿命有积极意义。

铝壳虽然导热性良好，由于铝壳外壳有一定厚度，外部温度测量精确度不能保证。为了准确测量电池内部产热分布，可以使用直接在电池内部进行温度测量，直接获取电池内部反应热的第一时间的温度反馈。为了避免电池内部热量无法及时散出而堆积而产生的滞后性误差，锂离子电池内部电池热测试装置就是依此理论设计。

（三）发明内容

本实用新型为了弥补现有技术的不足，提供了一种结构简单，直接获取电池内部反应热的基于可测量电池内部温度装置的铝壳电池。

本实用新型是通过如下技术方案实现的：

一种基于可测量电池内部温度装置的铝壳电池，包括测量温度的测试装置和铝壳，其特征在于：所述测试装置为线路板固定热敏电阻结构，热敏电阻固定在线路板上的镶嵌孔内，线路板上连接有导线；测试装置夹持在芯包中间，且芯包两侧分别焊接有正极耳和负极耳，芯包位于铝壳内，铝壳顶端设置有封闭铝壳的盖板。

本实用新型涉及到的部件包括测试装置和电池主体，测试装置和芯包组合环境条件要符合所选电池工艺的要求。测试部件包括线路板，热敏电阻探测器，导线等部件，电池主体为铝壳电池，电池芯包组装可以是卷绕等方式，卷绕分为多极耳和全极耳两种型号。

本实用新型的更优技术方案为：

所述盖板上设置有位置对称的注液孔和导线孔。

芯包的装配方式有两种，一种是所述芯包为双芯包，测试装置夹持在双芯包的中间，此处双芯包的正极层数与单一单芯包层数相同，双芯包的每个芯包层数可相应调整；所述芯包为单芯包，测试装置插在单芯包内部，插入位置可根据需要灵活调整。

芯包实验前也需烘烤（干燥温度60℃-90℃，真空加热，1h-2h换氮气一次，时间10h-14h）和短路测试。

芯包与测试装置组合完毕后，超焊极耳和盖板，在这里，盖板要做一些处理，即在注液孔的对侧开一个同注液孔一样大小的导线孔，用来引出导线。为了不引起极耳与导线的接触，导线在芯包侧面出线，编号完毕后，将导线集中一束捆绑，并在导线孔集中引出，再把导线孔用绝缘胶等彻底密封。裸电芯包pet膜后入壳，由于铝壳的各项尺寸都已经固定，特别是厚度，故裸电芯厚度要适应铝壳厚度，防止电池鼓胀，然后激光焊接，注液化成，老化真空抽气，密封分容，挑拣合格电池测试。

所述导线上设置有与配对热敏电阻对应的编号，可使用数字，字母等符号，数据线性化处理。

本实用新型的测试装置组合后要进行通路测试，表面绝缘处理和干燥处理（干燥温度60℃-90℃，真空加热，1-2h换氮气一次，时间10h-14h）。

根据现实需求也能调整测试装置的各部件的组装和排列方式，即热敏电阻镶嵌孔在双线路板可正反交错排列也可以单向线性排列，单向线性排列方式更简单高效，测试装置目前有两种用板方法。

一种方法是使用双层板测试装置，双板厚度≤5mm，首先是双芯包包夹双层板测试装置，由于隔膜存在以及芯包最外层负极只有一半参与正负极反应，装置不能直接测试所在层正负极反应的反应热，但是误差已经大幅减小，简单高效，测试精度已足够，而且对电池电化学反应不会造成影响；相对应的双板装置插入芯包中极片的正极侧或负极侧，不仅隔膜和双板装置会阻隔所在层正负极锂离子交换，而且这种测试方式效果和双芯包包夹双板的测试效果差别不大。

另一种方法是使用单板，为了不影响正负极反应，单板厚度要控制在0.5mm以内，单板直接插入芯包直接测试正负极片温度，可以选择PCB板，PCB板单板厚度能达到0.5mm，也可选择FPC板，FPC 0.1mm板也是较好选择，热敏电阻直接锡焊在镶嵌孔，热敏电阻上下高度略大于单板厚度。这种方法优点是不影响电池电化学性能又能准确测量反应热，缺点是技术要求高并且操作复杂。

线路板厚度、宽度和长度甚至弯曲度可根据实际情况具体调整制作，基材为PCB、FPC； FPC较适用与单板测试，精确度高，测试效果好，但是成本也会较高；也可选择PCB硬板，单板和双板测试都适用，PCB更适合双板测试，PCB厚度、长度和宽度等尺寸根据软包尺寸调整，热敏电阻和镶嵌孔数也要做出相应调整。

按以上步骤方法将测试装置和软包电池载体组装后就可以实现软包电池内部温度的测量。

本实用新型的有益效果：

（1）线路板镶嵌热敏电阻测量铝壳电池内部温度，测试部件的简单的平板结构设计和灵活的导线输出设计不影响电池封装；

（2）线路板和热敏电阻的尺寸设计可以随芯包的主体尺寸变化而灵活调整，高效，简单易行；

（3）通过调整热敏电阻在镶嵌线路板上的位置，可以灵活测试铝壳电池正负极片的不同部位温度，单极片测试全面，精度高；

（4）可灵活调整整个测试部件在芯包中纵横向的位置，可根据需要灵活测试电池内部不同深度正负极片的温度，可以得到电池厚度梯度上的温度反馈。

（四）附图说明

下面结合附图对本实用新型作进一步的说明。

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为本实用新型盖板的结构示意图；

图3为本实用新型铝壳的三维解剖示意图；

图4为本实用新型测试装置的结构示意图。

图中，1导线，2测试装置，3导线孔，4负极耳，5正极耳，6芯包，7铝壳，8盖板，9注液孔，10热敏电阻，11镶嵌孔，12线路板。

（五）具体实施方式

下面将结合本实用新型实施方式，对本实用新型实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本实用新型一部分实施方式，而不是全部的实施方式。

实施例：

本实用新型提供了一种可准确测量电池内部的铝壳电池，测试装置要进行烘烤干燥处理，干燥参数：烘温80℃，真空烘烤时间12h，每2h换一次氮气。芯包6选择全极耳卷绕芯包6为载体，在此选择磷酸铁锂型（湿混配料）使用内部2614891-22Ah铝壳工艺的铝壳卷绕电池，使用的芯包干燥处理后要在室温和湿度≤20%的环境下进行组装。

如图 4 所示，首先组装测试装置，将热敏电阻10嵌入相应线路板12的热敏电阻镶嵌孔11，测试各个热敏电阻10通路并保证线路板12的平整。线路板12的尺寸和热敏电阻镶嵌孔11的数量都要根据芯包6尺寸具体去定，比如这里线路板设置长度为120mm，宽度80mm，热敏电阻10数量设置27个。测试装置选用1mm 的PCB-双层板，整个测试装置固定后厚度≤3mm测试装置就组装完毕后要进行表面绝缘处理，这里选用耐电解液腐蚀绝缘胶进行绝缘处理。

如图3所示，铝壳三维解剖图，表明了铝壳7的坚固的规则结构，型号为2614891。

如图2所示，改装后的2614891盖板8，一端是注液孔9，另一端是导线孔3。

如图1所示：

（1）对于双层板测试装置，有两种组装方法

第一种方法使用双芯包包夹测试装置。使用双芯包6，即双芯包6正极层数加起来共有32层，由于负极片必须要包住正极片，测试装置将隔着负极片和隔膜来测试所需正极片温度，而负极侧的测试也会隔着隔膜进行测试温度，这样的结果就是不能直接测试想获取正极侧或负极侧的温度，而且这种方法对卷绕的要求很高；

第二种方法是直接将测试装置插入单一单芯包。对于卷绕芯包6测试装置的插入位置，芯包6卷层分布是32层正极和35层负极，隔膜38层。由于负极必须包裹正极，可直接将测试装置插入卷层，选择需要测试的正、负极层，把测试装置小心插入所在层的正、负极片一侧，可以测试正极侧或负极侧的温度，缺点就是被测试极片的那一侧由于线路板的格挡，会阻碍正负极锂离子交换，影响所测试层的电化学性能，这和线路板热敏电阻数量和热敏电阻镶嵌孔数量多少有一定关系。

（2）对于单层板测试，可选用两种版

选用0.5mmPCB单板，或选用0.1mmFPC单板，热敏电阻数量要少，设置9个，尺寸≤0.5mm；测试装置厚度≤0.5mm；镶嵌孔数量要多，设置64个；测试装置直接插入芯包中正极片或负极片一侧，这种方式对电池电化学性能不会产生不良影响。

导线1的引出方式，导线1与线路板12电路连接处使用锡焊连接，考虑到双板导线1数量可能达27个，选择耐电解液腐蚀绝缘胶对锡焊连接处进行绝缘处理。每条导线与相应的热敏电阻都有编号，在这里选择数字编号1-27不等。

电池制作完毕后，连接导线1和热敏电阻10后检查电路，确认安全通路后方可进行实验，为了获取丰富的实验数据又不使资源的过多浪费，电池数量可根据电池内测试点的位置设置进行控制。测试部件的材质都为耐电解液腐蚀材质。

注：

（1）线路板外层涂耐电解液腐蚀的绝缘胶或各种绝缘材料，或者使用耐电解液腐蚀的绝缘膜；

（2）导线与线路板连接处绝缘处理同上；

（3）导线材料金属铜，铝等各种导电金属材料，线芯为单芯或多芯，线芯直径不宜过大；

（4）热敏电阻材质选择半导体材料、过渡金属材料、陶瓷和有机材料等；

（5）热敏电阻可用热电偶代替；

（6）热敏电阻形状使用圆形，当然，只要保证热敏电阻装配简单、更换方便，其形状可有多种选择,热敏电阻尺寸要与热敏电阻镶嵌孔和线路板厚度相适应；

（7）热敏电阻也要绝缘处理，绝缘方式可同上，使用保护膜可以重复利用，使用绝缘胶简单方便。

以上仅表达了本实用新型的一种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (7)

1.一种基于可测量电池内部温度装置的铝壳电池，包括测量温度的测试装置（2）和铝壳（7），其特征在于：所述测试装置（2）为线路板（12）固定热敏电阻（10）结构，热敏电阻（10）固定在线路板（12）上的镶嵌孔（11）内，线路板（12）上连接有导线（1）；测试装置（2）夹持在芯包（6）中间，且芯包（6）两侧分别焊接有正极耳（5）和负极耳（4），芯包（6）位于铝壳（7）内，铝壳（7）顶端设置有封闭铝壳（7）的盖板（8）。

2.根据权利要求1所述的基于可测量电池内部温度装置的铝壳电池，其特征在于：所述盖板（8）上设置有位置对称的注液孔（9）和导线孔（3）。

3.根据权利要求1所述的基于可测量电池内部温度装置的铝壳电池，其特征在于：所述芯包（6）为双芯包，测试装置（2）夹持在双芯包的中间。

4.根据权利要求1所述的基于可测量电池内部温度装置的铝壳电池，其特征在于：所述芯包（6）为单芯包，测试装置（2）插在单芯包内部。

5.根据权利要求1所述的基于可测量电池内部温度装置的铝壳电池，其特征在于：所述导线（1）集中为一束，从芯包（6）的侧面出线。

6.根据权利要求1所述的基于可测量电池内部温度装置的铝壳电池，其特征在于：所述导线（1）上设置有与配对热敏电阻（10）对应的编号。

7.根据权利要求2所述的基于可测量电池内部温度装置的铝壳电池，其特征在于：所述导线（1）穿出导线孔（3），且导线孔（3）上设置有密封的绝缘胶。