[发明专利]可通过光纤植入光学传感器的锂离子电池及制作方法

说明书

本发明公开一种可通过光纤植入光学传感器的锂离子电池及制作方法。其中，一种可通过光纤植入光学传感器的软包锂离子电池，包括：包装膜、电芯、传感元件和传输光纤；一种可通过光纤植入光学传感器的硬壳锂离子电池，包括：电池外壳、电池上盖、电芯、传感元件和传输光纤。本发明提供的技术方案能够实现对锂离子电池的使用过程中的多参数监控，且能有效保证锂离子电池的密封性和使用寿命。

技术领域

本发明涉及电池传感技术领域，尤其涉及一种可通过光纤植入光学传感器的锂离子电池及制作方法。

背景技术

随着新能源行业的发展，锂离子电池的产业规模也迅速增长，并不断地提高电容量和能量密度，与此同时，锂离子电池的安全问题引起了格外注意。目前，市面上常用的锂离子电池有三种包装方式，分别是采用铝塑膜包装的软包电池和采用钢壳或铝壳等硬金属外壳包装的圆柱性电池以及方型电池。锂离子电池使用过程中，化学状态和热状态在不断地变化，包括锂化物的迁移和转化、内部温度、压力，还包括热失控时电解质分解产生的不同气体种类及浓度等安全状态。对于这些参数的有效监测有助于判断锂离子电池的工作状态和健康状态。此外，在多种电池传感方案中，光纤型传感器具有结构小巧、抗电磁干扰、寿命长、灵敏度高等诸多优点，能有效表征电池的上述诸多参数状态。然而大多数光纤传感器需要置于电池内部环境中才能有效发挥传感效果。

在一种现有的应用于新能源汽车动力电池包的方型锂离子电池模组中，模组由4个电芯串联组成，采用柔性电路板（FPC）监测模组工作时电芯的电压和温度。FPC位于模组的上盖。这种模组的缺陷在于温度数据的不真实性和延时性。根据热传导原理，电芯内部的温度会高于电芯表面温度以及模组温度，故而位于模组上盖的FPC监测的温度并不能真实反映出电芯的实际温度，温度数据并不可靠。其次，热量的传递需要时间，当电芯内部的温度已经接近危险温度时，模板上盖的温度可能还是处于温度安全线，所以温度数据具有延时性，存在着安全隐患。

另外一种现有的圆柱型锂离子电池光纤光栅传感方案中，通过在锂离子电池负极钻孔植入一根或两根带有光纤布拉格光栅（FBG）的单模光纤，并采用环氧树脂胶密闭小孔。FBG用于监测电池内部的温度变化以及可能会出现的气压变化。但是，这种传感方式改变了电池的原有结构，可能会影响到电池的使用寿命。锂离子电池中的电解质液遇到空气中的水分就会失去效用，而锂离子电池金属外壳中的一层致密的金属氧化物能够很好地隔绝空气中的水分，钻孔在一定程度上破环了这层金属氧化物结构，而采用聚合物胶进行密闭以及隔水的效果并不一定能保证稳定性和持久性，这在一定程度上影响到了电池的使用寿命。

发明内容

鉴于现有技术存在的缺陷，本发明的目的是提供一种可通过光纤植入光学传感器的锂离子电池及制作方法，在保证锂离子电池性能和密闭性的前提下，通过光纤在锂离子电池内部植入一个光学传感元件。

一种可通过光纤植入光学传感器的软包锂离子电池，包装膜、电芯、传感元件和传输光纤；所述包装膜是软包电池的封装材料；所述电芯位于所述包装膜内部，设有正极耳和负极耳；所述正极耳用于引出所述电芯的正极，所述负极耳用于引出所述电芯的负极；所述正极耳上贴有一层正极耳胶，所述负极耳上贴有一层负极耳胶；所述正极耳胶和负极耳胶，与所述包装膜边缘相接触，用于实现所述正极耳处和所述负极耳处的密封；所述传感元件是一种基于光学传感原理的器件，用于监控软包锂离子电池内部的待测参数的变化情况；所述传感元件安置在所述电芯的表面上；所述传输光纤的数量为一条或者多条，至少有一条用于传输探测光到所述传感元件，至少有一条用于传输包含待测参数信息的信号光输出到解调模块中；传输探测光和信号光的传输光纤为同一条或者非同一条。

所述传感元件是基于气体光声光谱技术的小型光声池；或者是基于吸收光谱技术的小型的腔增强气室或多通池；或者是一段气体能扩散进内的光纤或光波导芯片；监控的锂离子电池内部的待测参数包括以下的一种或者多种：锂化物的迁移和转化、锂离子电池内部温度、电池内部压力以及锂离子电池热失控时电解质分解产生的不同气体种类及浓度。