CN211017308U - 一种锂离子电池 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种锂离子电池，所述锂离子电池包括锂离子电池本体与压力检测装置，所述压力检测装置包括PVDF压电薄膜传感器，所述PVDF压电薄膜传感器设置于所述锂离子电池本体表面，以检测锂离子电池表面的压力变化。通过在锂离子电池外壳贴合PVDF压电薄膜传感器的方式，可快速检测锂离子电池外部压力的变化，既方便又快捷，可有效防止安全事故的发生，且PVDF压电薄膜传感器，其反应灵敏，制作方便，使用成本较低。

Description

一种锂离子电池

【技术领域】

本实用新型涉及到锂离子电池技术领域，特别涉及一种锂离子电池。

【背景技术】

锂离子电池过度充电、过度放电等会导致正极或负极表面处电解质分解，产生大量气体堆积，使电池发生局部鼓胀、漏液甚至爆炸；或者，当锂离子电池遭受外力的强烈碰撞或者挤压时，会导致电池结构变形甚至短路，进而引起电池起火爆炸，造成严重事故。这些压力变化，增加了锂离子电池在使用过程中的风险，严重影响到使用者的安全，因此如何实现快速、准确的检测出锂离子在使用过程中的压力变化情况，成了急需解决的问题。

【实用新型内容】

为克服现有技术中存在的问题，本实用新型提供了一种锂离子电池。

本实用新型解决技术问题的方案是提供一种锂离子电池，其特征在于：所述锂离子电池包括锂离子电池本体与压力检测装置，所述压力检测装置包括PVDF压电薄膜传感器，所述PVDF压电薄膜传感器设置于所述锂离子电池本体表面，以检测锂离子电池表面的压力变化。

优选地，所述PVDF压电薄膜传感器包括下电极、 PVDF薄膜以及上电极，所述下电极、PVDF薄膜以及上电极依次连接。

优选地，所述PVDF压电薄膜传感器的长度为 15mm-120mm；所述PVDF压电薄膜传感器的宽度为15mm-60mm。

优选地，所述下电极的厚度d1为5um-40um；所述 PVDF薄膜的厚度d2为8um-35um；所述下电极的厚度d3可为15um-45um。

优选地，所述下电极包括有聚酰亚胺薄膜，所述聚酰亚胺薄膜设置于锂离子电池本体表面，所述聚酰亚胺薄膜的厚度为1um-5um。

优选地，所述锂离子电池本体表面包括端面与外周面，所述PVDF压电薄膜传感器覆盖于锂离子电池本体外周面；所述PVDF压电薄膜传感器的面积与锂离子电池本体外周面的面积之比为1/2-9/10。

优选地，所述压力检测装置还设置有一微型压力传感器，所述微型压力传感器设置于所述锂离子电池本体内部，以检测锂离子电池的内部压力变化。

优选地，所述锂离子电池本体包括电芯与软包外壳，所述电芯收纳于所述软包外壳内；所述电芯包括正极片、负极片以及隔膜，所述隔膜设置于所述正极片与所述负极片之间。

优选地，所述正极片包括一正极基体，所述正极基体为铝箔、铝网、石墨烯中任一种；所述负极片包括一负极基体，所述负极基体为铜箔、铜网、石墨烯中任一种。

优选地，所述锂离子电池本体还包括有散热铝板，所述散热铝板设置于锂离子电池本体外侧。

与现有技术相比，本实用新型的一种锂离子电池具有以下优点：

1.通过在锂离子电池外壳贴合PVDF压电薄膜传感器的方式，可快速检测锂离子电池外部压力的变化，既方便又快捷，可有效防止安全事故的发生，且PVDF压电薄膜传感器，其反应灵敏，制作方便，使用成本较低。

2.PVDF压电薄膜传感器的长度与宽度设置，可使得该传感器可用于多种中不同型号的锂离子电池，且还可仅将其贴附于锂离子电池部分区域，同样可以达到检测锂离子电池的压力变化的作用，检测效果好，使用成本低。

3.PVDF压电薄膜传感器的各层厚度的设置，在保证能够检测起到压力变化的同时，又不会因为太厚，而影响锂离子电池的使用。

4.PVDF压电薄膜传感器面积的设置，可以使得PVDF 压电薄膜传感器可检测的范围更大，可以更好的对锂离子电池进行检测。

5.通过在锂离子电池内置微型压力传感器的方式，可快速检测电池内部压力变化，既方便、快捷，成本也更低。

6.通过在锂离子电池表面设置散热铝板，可有效提高锂离子电池的散热效率，防止锂离子电池因温度过高而短路，可有效提高锂离子电池的使用寿命。

【附图说明】

图1是本实用新型第一实施例锂离子电池的模块示意图。

图2是本实用新型第一实施例锂离子电池中锂离子电池本体的剖面结构示意图。

图3是本实用新型第一实施例锂离子电池中电芯的剖面示意图。

图4是本实用新型第一实施例锂离子电池中极耳的剖面结构示意图。

图5是本实用新型第一实施例锂离子电池中压力检测装置的模块示意图。

图6是本实用新型第一实施例锂离子电池中PVDF压电薄膜传感器的剖面结构示意图。

图7是本实用新型第一实施例锂离子电池本体的立体结构示意图。

图8是本实用新型第二实施例一种锂离子电池的制备方法的流程示意图。

图9是本实用新型第二实施例一种锂离子电池的制备方法中步骤S1的细节流程示意图。

图10是本实用新型第二实施例一种锂离子电池的制备方法中步骤S11的细节流程示意图。

图11是本实用新型第二实施例一种锂离子电池的制备方法中步骤S2的细节流程示意图。

图12是本实用新型第二实施例一种锂离子电池的制备方法中步骤S2另一实施例的细节流程示意图。

图13是本实用新型第三实施例一种锂离子电池压力检测方法的流程示意图。

图14是本实用新型第三实施例一种锂离子电池压力检测方法中步骤Sb的细节流程示意图。

图15是本实用新型第三实施例PVDF压电薄膜传感器检测获得的第一压力数据图。

图16是本实用新型第三实施例一种锂离子电池压力检测方法中步骤Sc的细节流程示意图。

图17是本实用新型第三实施例微型压力传感器检测获得的第二压力数据图。

附图标识说明：

1、锂离子电池；

10、锂离子电池本体；11、压力检测装置；

101、电芯；102、软包外壳；103、电解液；104、端面；105、外周面；

111、微型压力传感器；112、PVDF压电薄膜传感器

1011、正极片；1012、负极片；1013、隔膜；1014、极耳；1015、胶片；1016、金属带；

1121、下电极；1122、PVDF薄膜；1123、上电极。

【具体实施方式】

为了使本实用新型的目的，技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施实例，对本实用新型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实用新型，并不用于限定本实用新型。

请参阅图1，本实用新型第一实施例所提供的一种锂离子电池1，其包括锂离子电池本体10与压力检测装置 11，所述压力检测装置11设置于锂离子电池本体10上，以实时检测锂离子电池本体10在使用过程中的压力变化情况，避免发生安全事故。

请参阅图2，所述锂离子电池本体10包括电芯101、软包外壳102及电解液103，所述电芯101与所述电解液 103均收纳于软包外壳102内，所述电解液103用于确保电芯101的正常工作，以保证锂离子电池本体10的正常充放电。其中，所述软包外壳102采用的材料包括但不限于铝塑膜。

可以理解，电解液103主要在锂离子电池本体10的正极与负极之间起到传导离子的作用，是锂离子电池获得高电压、高比能等优点的保证。

请参阅图3并结合图2，电芯101包括正极片1011、负极片1012、隔膜1013以及极耳1014，其中，隔膜1013 设置于正极片1011与负极片1012之间，以确保正极片 1011与负极片1012不会因为直接接触而造成短路，极耳 1014分别与正极片1011、负极片1012相连接，以在电芯 101放入至软包外壳102时，极耳1014可从软包外壳102 一端露出，进而作为锂离子电池本体10的正极与负极的触点，以确保锂离子电池本体10的正常使用。

正极片1011的组成材料包括钴酸锂、导电剂、PVDF 粘合剂(Poly vinylidenefluoride，聚偏氟乙烯)、溶剂以及正极基体等，其中，钴酸锂、导电剂、PVDF粘合剂以及溶剂之间相互混合以形成钴酸锂浆料，正极基体用于涂覆钴酸锂浆料。

正极基体所采用的材料包括但不限于铝箔、铝网等，溶剂所采用的材料包括但不限于N-甲基吡洛烷酮。

可以理解，钴酸锂为正极活性物质，主要用于为锂离子电池提供锂离子源；导电剂用于提高正极片1011的导电性，补偿正极活性物质的电子导电性，以及提高正极片 1011的电解液103的吸液量，增加正极片1011的反应界面，减少极化；正极基体主要用于涂覆钴酸锂浆料，将电池活性物质产生的电流汇集起来以便形成较大的电流对外输出；PVDF粘合剂主要用于将钴酸锂、导电剂和铝箔 /铝网粘合在一起；溶剂主要用于溶解/溶胀PVDF粘合剂，以及稀释钴酸锂浆料。

作为一种变形，钴酸锂还可替换为锰酸锂、镍酸锂、钴镍锰酸锂或磷酸铁锂等。

正极片1011的制造工艺流程包括但不限于正极配料 -正极搅拌-正极拉浆-收卷-裁大片-刮粉-刷粉-对辊-裁小片-正极耳连接-贴胶纸。

配料又包括有原材料的预处理与掺和，其中，原材料的预处理主要为脱水，即去除原材料中所含的水分。

可以理解，上述脱水过程所采用方式包括但不限于烤箱烘干。

原材料的掺和过程主要包括钴酸锂和导电剂球磨以及PVDF粘合剂的溶解。其中，球磨过程是将钴酸锂与导电剂初步混合，将钴酸锂和导电剂粘合在一起，以提高团聚作用和导电性，以及防止在将钴酸锂配成浆料后，其单独分布于PVDF粘合剂中。在球磨过程中，为了避免混入杂质，还需加入玛瑙球作为球磨介质。

可以理解，上述脱水所采用方式包括但不限于烤箱烘干

负极片1012主要包括石墨、导电剂、添加剂、水性粘合剂以及负极基体，其中，石墨、导电剂、添加剂、水性粘合剂之间相互混合以形成石墨浆料，负极基体用于涂覆所述石墨浆料。

负极基体所使用的材料包括但不限于铜箔、铜网、石墨烯等。

可以理解，石墨为负极活性物质，是构成负极反应的主要物质，其主要分为天然石墨和人造石墨两大类；导电剂主要用于提高负极片1012的导电性，补偿负极活性物质的电子导电性，以及提高反应深度及利用率，防止枝晶的产生，利用导电材料的吸液能力，提高反应界面，减少极化(可根据石墨粒度分布选择加或不加)；负极基体用于涂覆石墨浆料；添加剂用于降低不可逆反应，以提高粘附力，提高石墨浆料黏度，防止石墨浆料沉淀；水性粘合剂用于将石墨、导电剂、添加剂和铜箔或铜网粘合在一起。

可以理解，上述枝晶全称为枝蔓晶体，是以典型的多枝树状形式发展的晶体。

作为一种变形，石墨可替换为中间相炭微珠(MCMB， Mesocarbon microbcads)、羧甲基淀粉(CMS， Carboxymethyl starch)等。

负极片1012的制造工艺流程为负极配料-负极搅拌- 负极拉浆-收卷-裁大片-刮粉-刷粉-对辊-裁小片-负极耳连接-贴胶纸。

其中负极配料主要包括石墨的混合，使原料均匀化，提高一致性；石墨的烘烤，通过300～400℃常压烘烤，以除去石墨表面油性物质，提高与水性粘合剂的相容能力；修圆石墨表面棱角；以及适当稀释水性粘合剂，以提高其分散能力。

隔膜1013所采用的材质包括但不限于单层聚丙烯、单层聚乙烯、聚丙烯+陶瓷涂覆、聚乙烯+陶瓷涂覆、聚丙烯+聚乙烯、聚丙烯+聚丙烯、聚丙烯+聚乙烯+聚丙烯，因为该类型材料离子透过度大、绝缘，且不与电解液103 及电极发生反应。

可以理解，锂离子电池本体10的制作流程和具体结构及材质不做限定。

请参阅图4并结合图2，极耳1014包括胶片1015与金属带1016，胶片1015贴附于金属带1016表面，并将金属带1016表面包裹，以防止在电芯101封装于软包外壳102时，金属带1016与软包外壳102之间接触而发生短路，且在对软包外壳102进行封装时，可通过加热使得胶片1015熔化，进而与软包外壳102粘合在一起，以防止软包外壳102内的电解液103泄漏，以及防止电芯101 的氧化。

进一步地，极耳1014又分为正极耳与负极耳，其中，正极耳金属带1016所采用的材料包括但不限于铝，负极耳金属带1016所采用的材料包括但不限于镍、铜镀镍。

请参阅图5并结合图2、图3，压力检测装置11包括微型压力传感器111与PVDF压电薄膜传感器112，其中微型压力传感器111与电芯101共同收纳于软包外壳102 内，以用于检测锂离子电池本体10的内部压力变化， PVDF压电薄膜传感器112设置于软包外壳102外侧，以用于检测锂离子电池本体10软包外壳102上的压力变化。

可以理解，锂离子电池本体10的内部压力检测的目的主要在于检测电解液103是否有泄漏；锂离子电池本体 10软包外壳102上的压力变化来源主要包括外部冲击力，以及因锂离子电池本体10的过度充电、过度放电等导致正极或负极表面处电解质分解，产生大量气体堆积，使锂离子电池本体10发生局部鼓胀，从而对软包外壳102产生压力。

请参阅图6，PVDF压电薄膜传感器112包括依次设置的下电极1121、PVDF薄膜1122以及上电极1123，其中下电极1121与锂离子电池本体10表面相连接，以对锂离子电池本体10进行表面压力检测。

在本实施例中，下电极1121的制备方式为在聚酰亚胺薄膜基底上沉积Cu金属薄膜，上电极1123的制备方式为在PVDF薄膜1122远离与下电极1121连接一侧表面溅射Ag金属薄膜。

所述聚酰亚胺薄膜设置于锂离子电池本体表面，所述聚酰亚胺薄膜的厚度为1um-5um，优选地，聚酰亚胺薄膜的厚度为1um-3um。

所述PVDF压电薄膜传感器112的长度L可为 15-120mm，优选地，其长度L还可为20-100mm，PVDF 压电薄膜传感器112的宽度D可为15-60mm，优选地，其宽度D还可为20-45mm。

所述下电极1121的厚度d1为5um-40um，进一步地，其厚度d1还可为8um-25um；所述PVDF薄膜1122的厚度d2为8um-35um，优选地，其厚度d2还可为10um-20um；所述下电极1121的厚度d3可为15um-45um，优选地，其厚度d3还可为18um-35um。

请参阅图7并结合图6，所述锂离子电池本体10表面包括端面104与外周面105，所述PVDF压电薄膜传感器112 覆盖于锂离子电池本体10外周面105；

所述PVDF压电薄膜传感器112的面积与锂离子电池本体10外周面105的面积之比为1/2-9/10，优选地，所述PVDF压电薄膜传感器112的面积与锂离子电池本体10外周面105的面积之比为1/2-4/5。

作为一种优化实施方式，所述锂离子电池本体10还包括有散热铝板(图未示)，散热铝板设置于锂离子电池本体10外侧，以用于提升本锂离子电池本体10的散热效果，延长其使用寿命。

作为一种另优化实施方式，所述锂离子电池1还设置有一微型扬声器(图未示)，微型扬声器设置于锂离子电池本体10一侧，且微型扬声器与压力检测装置11相连接，在压力检测装置11检测到压力变化时，可通过所述微型扬声器发出警报音，以提醒用户及时对锂离子电池进行维修更换，以防止发生安全事故。

作为又一种优化实施例，所述锂离子电池1还设置有一控制芯片(图未示)，所述控制芯片设置于锂离子电池本体10一侧，且所述控制芯片与电芯101相连接，当控制芯片检测到电芯101放电电压不足时，可控制电芯101 停止放电，以防止电芯101因过度放电而损坏。

作为一种变形实施例，微型压力传感器111连接有无线通信模块，所述微型压力传感器111通过无线通信模块将检测到的压力数据传输给压力数据采集端。

请参阅图8，本实用新型第二实施例所提供的一种锂离子电池的制备方法包括以下步骤：

步骤S1，提供锂离子电池本体；

步骤S2，于所述锂离子电池本体上形成PVDF压电薄膜传感器，以获得锂离子电池。

请参阅图9，所述步骤S1之前进一步包括以下步骤：

步骤S11，提供电芯及微型压力传感器；

步骤S12，提供软包外壳；

步骤S13，将电芯及微型压力传感器放入软包外壳中；

步骤S14，在软包外壳内注入电解液，并进行真空封装，以获得锂离子电池本体。

请参阅图10，所述步骤S11进一步包括以下步骤：

步骤S111，提供正极片、负极片、正极接耳、负极接耳；

步骤S112，在正极片上焊接正极接耳，负极片上焊接负极接耳；

步骤S113，提供隔膜，将正极片、负极片以及隔膜通过叠片法或卷绕法制备获得电芯。

在步骤S113中，正极片、负极片以及隔膜的排列方式为正极片-隔膜-负极片-隔膜。

请参阅图11，所述步骤S2进一步包括以下步骤：

步骤S21，在锂离子电池本体表面直接制备PVDF压电薄膜传感器，以制备获得锂离子电池；或者

请参阅图12，步骤S2还包括以下步骤；

步骤S221，制备PVDF压电薄膜传感器；及

步骤S222，将压电薄膜传感器贴合于锂离子电池本体表面，以制备获得锂离子电池。

步骤S21进一步包括以下步骤：

步骤S211，在锂离子电池本体表面制备PVDF压电薄膜传感器下电极；

步骤S212，在下电极远离锂离子电池本体的一侧形成PVDF薄膜；及

步骤S213，在PVDF薄膜远离与下电极连接一侧制备上电极。

可以理解，在下电极上形成PVDF薄膜的方式包括但不限于贴附、涂覆等。

在步骤S211中，锂离子电池本体表面形成聚酰亚胺薄膜，在聚酰亚胺薄膜基底上沉积Cu金属薄膜，以制备获得下电极；

在步骤S213中，在PVDF薄膜远离与下电极连接一侧表面溅射Ag金属薄膜以形成上电极。

请参阅图13，本实用新型第三实施例所提供的一种锂离子电池压力检测方法：其包括以下步骤：

步骤Sa:提供锂离子电池，锂离子电池包括锂离子电池本体与压力检测装置，所述压力检测装置包括PVDF 压电薄膜传感器及微型压力传感器，所述PVDF压电薄膜传感器设置于所述锂离子电池本体表面，微型压力传感器设置于锂离子电池本体内部；

步骤Sb，对PVDF压电薄膜传感器进行检测以获得第一压力数据；

步骤Sc，对微型压力传感器进行检测以获得第二压力数据；及

步骤Sd:根据第一压力数据及第二压力数据判断锂离子电池是否通过压力检测。

可以理解，第一压力数据为检测到的PVDF压电薄膜传感器的电压信号，第二压力数据为检测到的微型压电薄膜传感器的压力值。

请参阅图14，所述步骤Sa进一步包括以下步骤：

步骤Sa1，将规律性的压力作用在锂离子电池上；

步骤Sa2，提供采集卡，使用采集卡采集PVDF压电薄膜传感器的电压信号以获得第一压力数据；

请参阅图15，经过检测，当压力作用在锂离子电池上时，PVDF压电薄膜传感器产生形变，采集卡检测到的为0.008V；当压力消失后，PVDF压电薄膜传感器形变恢复，检测到约-0.09V的电压信号，PVDF压电薄膜传感器形变完全恢复后，检测到的电压信号为0。因此，该锂离子电池可通过压力检测。

请参阅图16，所述步骤Sb进一步包括以下步骤：

步骤Sb1，使用采集卡连接微型压力传感器，以采集锂离子电池内部的压力信号以获得第二压力数据；

步骤Sb2，使用工具将上述步骤Sb1中测试完成后的锂离子电池本体划破，读取采集卡采集到的锂离子电池内部的压力信号变化的第二压力数据。

请参阅图17，经过检测，对于步骤Sb1中的锂离子电池，使用采集卡采集到的压力值约为0.49N，对于步骤 Sb2中的锂离子电池，使用采集卡采集到的压力值约为 0N。因此，该锂离子电池可通过压力检测。

与现有技术相比，本实用新型的一种锂离子电池具有以下优点：

1.通过在锂离子电池外壳贴合PVDF压电薄膜传感器的方式，可快速检测锂离子电池外部压力的变化，既方便又快捷，可有效防止安全事故的发生，且PVDF压电薄膜传感器，其反应灵敏，制作方便，使用成本较低。

2.PVDF压电薄膜传感器的长度与宽度设置，可使得该传感器可用于多种中不同型号的锂离子电池，且还可仅将其贴附于锂离子电池部分区域，同样可以达到检测锂离子电池的压力变化的作用，检测效果好，使用成本低。

3.PVDF压电薄膜传感器的各层厚度的设置，在保证能够检测起到压力变化的同时，又不会因为太厚，而影响锂离子电池的使用。

4.PVDF压电薄膜传感器面积的设置，可以使得PVDF 压电薄膜传感器可检测的范围更大，可以更好的对锂离子电池进行检测。

5.通过在锂离子电池内置微型压力传感器的方式，可快速检测电池内部压力变化，既方便、快捷，成本也更低。

6.通过在锂离子电池表面设置散热铝板，可有效提高锂离子电池的散热效率，防止锂离子电池因温度过高而短路，可有效提高锂离子电池的使用寿命。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的原则之内所作的任何修改，等同替换和改进等均应包含本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种锂离子电池，其特征在于：所述锂离子电池包括锂离子电池本体与压力检测装置，所述压力检测装置包括PVDF压电薄膜传感器，所述PVDF压电薄膜传感器设置于所述锂离子电池本体表面，以检测锂离子电池表面的压力变化。

2.如权利要求1所述的一种锂离子电池，其特征在于：所述PVDF压电薄膜传感器包括下电极、PVDF薄膜以及上电极，所述下电极、PVDF薄膜以及上电极依次连接。

3.如权利要求2所述的一种锂离子电池，其特征在于：所述PVDF压电薄膜传感器的长度为15mm-120mm；

所述PVDF压电薄膜传感器的宽度为15mm-60mm。

4.如权利要求2所述的一种锂离子电池，其特征在于：所述下电极的厚度d1为5um-40um；

所述PVDF薄膜的厚度d2为8um-35um；

所述下电极的厚度d3可为15um-45um。

5.如权利要求4所述的一种锂离子电池，其特征在于：所述下电极包括有聚酰亚胺薄膜，所述聚酰亚胺薄膜设置于锂离子电池本体表面，所述聚酰亚胺薄膜的厚度为1um-5um。

6.如权利要求2所述的一种锂离子电池，其特征在于：所述锂离子电池本体表面包括端面与外周面，所述PVDF压电薄膜传感器覆盖于锂离子电池本体外周面；

所述PVDF压电薄膜传感器的面积与锂离子电池本体外周面的面积之比为1/2-9/10。

7.如权利要求1所述的一种锂离子电池，其特征在于：所述压力检测装置还设置有一微型压力传感器，所述微型压力传感器设置于所述锂离子电池本体内部，以检测锂离子电池的内部压力变化。

8.如权利要求1所述的一种锂离子电池，其特征在于：所述锂离子电池本体包括电芯与软包外壳，所述电芯收纳于所述软包外壳内；

所述电芯包括正极片、负极片以及隔膜，所述隔膜设置于所述正极片与所述负极片之间。

9.如权利要求8所述的一种锂离子电池，其特征在于：所述正极片包括一正极基体，所述正极基体为铝箔、铝网、石墨烯中任一种；

所述负极片包括一负极基体，所述负极基体为铜箔、铜网、石墨烯中任一种。

10.如权利要求1-9中任一项所述的一种锂离子电池，其特征在于：所述锂离子电池本体还包括有散热铝板，所述散热铝板设置于锂离子电池本体外侧。

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