CN102593545A - 一种锂离子电池及其内部温度的测量方法 - Google Patents

一种锂离子电池及其内部温度的测量方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于锂离子电池技术领域，尤其涉及一种锂离子电池内部温度的测量方法，包括如下步骤：将导热材料制成三边密封、一边开口的导热袋；将第一步制得的导热袋放置在经过卷绕工艺或叠片工艺制备的电芯内部，对电芯进行封装后，导热袋的开口与外界相通；将热电偶通过导热袋的开口放置在导热袋内，进行温度测试。本发明通过将导热袋放置在电池内部，可以很方便简单地实现对锂离子电池内部的温度进行实时、准确、多点探测，可以直接监控到锂离子电池内部温度的分布，从而能准确研究电池内部温度变化对锂离子电池电性能和安全性能的影响，从而为研究电池内部产热问题提供了有效的监控手段。此外，本发明还公开了一种使用该方法进行测试的锂离子电池。

Description

一种锂离子电池及其内部温度的测量方法
技术领域
本发明属于锂离子电池技术领域，尤其涉及一种锂离子电池及其内部温度的测量方法。
背景技术
锂离子电池因其具有能量密度高、绿色环保和循环寿命优异等优点，已经在多种移动电子设备中得到广泛的应用，例如MP3，手机和笔记本电脑等。近年来，锂离子电池在电动汽车、军事、航天等方面也得到了应用。
锂离子电池在应用中的安全问题是制约锂离子电池进一步发展的一个重要因素。锂离子电池虽然具有较高的能量密度，但是其在充放电过程中容易产生热量，这些热量主要是由于电池自身电阻导致的物理发热和化学反应导致的发热，这些热量在一定条件下会累积在一起，如果热量长期积累，又没有得到及时释放，可能会导致电池产生过热问题，进而影响电池的电性能和安全性能。
电池发热的问题在动力汽车的电池组中表现得尤为明显。动力电池组一般由多个电池串联和/或并联而成，充放电过程中的产热更大，发生热失控的几率也会增大。另外，电池电路中的物理发热也会导致电池环境温度的升高，这对于锂离子电池的安全来说也是不利因素。因此，温度对锂离子电池来说非常重要。进一步的，锂离子电池的安全性研究对于锂离子电池的实际应用来说也越来越重要。
目前，对于锂离子电池的安全特性的研究手段主要包括用过充、短路、挤压等安全测试来对锂离子电池的安全特性进行评价。除此以外，锂离子电池的温度测量其实也是研究电池安全特性的重要手段。
通常的测量电池温度的办法是测量安全测试过程(如过充、短路、挤压)中电池的表面温度，以此来衡量电池是否达到相应安全标准。但是这个温度参数并不能反应电池内部的温度变化。因为一般情况下只能用热电偶测量电池表面温度，而无法测量电池内部温度，因此并不知道电池内部温度如何变化，这个问题制约着锂离子电池安全研究的发展。另外，电池的各个部分并不是温度的良导体，在热量传导方面会存在滞后现象，这对于锂离子电池安全研究来说也很不利。
也有方法采用三维非稳态热传导求出电池的中心温度，但是这种方法需要测量不同时间电池在放电时的表面温度，比较复杂费时。另外，这种方法测量的中心温度不能准确反应出锂离子电池的内部温度的状况。
有鉴于此，确有必要提供一种简单便捷的、能够准确测量电池内部温度的锂离子电池内部温度的测量方法，以及锂离子电池。
发明内容
本发明的目的之一在于：提供一种简单便捷的、能够准确测量电池内部温度的锂离子电池内部温度的测量方法。
为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种锂离子电池内部温度的测量方法，其特征在于，包括如下步骤：
第一步，将导热材料制成三边密封、一边开口的导热袋；
第二步，将第一步制得的导热袋放置在经过卷绕工艺或叠片工艺制备的电芯内部，对电芯进行封装后，导热袋的开口与外界相通；
第三步，将热电偶通过导热袋的开口放置在导热袋内，进行温度测试。
测量温度时，可以根据电池需要进行多点测量，只要将多个热电偶***导热袋，即可实时测量不同点的内部温度。
作为本发明锂离子电池内部温度的测量方法的一种改进，所述导热材料为导热金属箔。
作为本发明锂离子电池内部温度的测量方法的一种改进，所述导热材料为导热铜箔或导热铝箔。
作为本发明锂离子电池内部温度的测量方法的一种改进，所述导热袋放置在电池的中心。
作为本发明锂离子电池内部温度的测量方法的一种改进，所述导热袋贴合在电池最内圈的隔膜表面上。
作为本发明锂离子电池内部温度的测量方法的一种改进，导热袋和电池的封装边的交界处贴有密封胶。
作为本发明锂离子电池内部温度的测量方法的一种改进，导热袋的开口和封装边的距离大于等于0。
作为本发明锂离子电池内部温度的测量方法的一种改进，第三步所述进行温度测试为将热电偶与测试装置连接，然后读出热电偶感应的温度。
作为本发明锂离子电池内部温度的测量方法的一种改进，第一步中采用导热胶将导热袋的三边密封。
相对于现有技术，本发明的优点是：
本发明通过将导热袋放置在电池内部，可以很方便简单地实现对锂离子电池内部的温度进行实时、准确、多点探测，可以直接监控到锂离子电池内部温度的分布，从而更能准确研究电池内部温度变化对锂离子电池电性能和安全性能的影响，从而为研究锂离子电池内部产热问题提供了有效的监控手段。
本发明的另一个目的在于提供一种锂离子电池，包括包装壳、容纳于所述包装壳内的电芯，以及电解液，所述电芯包括正极极片、负极极片和隔膜，所述电芯内部包含有三边密封、一边开口的导热袋，且导热袋的开口与外界相通。
相对于现有技术，本发明的锂离子电池能够用于研究电池内部温度变化对锂离子电池电性能和安全性能的影响，具有实验指导意义。
附图说明
图1为本发明中锂离子电池中的截面图；
图2为本发明锂离子电池的结构示意图；
图3为本发明锂离子电池过充过程中的电池内外部温度曲线。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式，对本发明及其有益技术效果进行详细说明，但本发明并不限于此。
如图1和图2所示，本发明的锂离子电池包括包装壳1、容纳于所述包装壳内的电芯2，以及电解液，所述电芯2包括正极极片21、负极极片22和隔膜23，所述电芯2内部包含有三边密封、一边开口的导热袋3，且导热袋3的开口与外界相通。
实施例1
正极极片21的制备：将正极活性物质LiCoO2(钴酸锂)、导电剂超导碳(Super-P)、聚偏氟乙烯(PVDF)按照质量比例95.0∶2.5∶2.5加入溶剂N-甲基吡咯烷酮(NMP)中混合且搅拌均匀，得到具有一定流动性的浆料，然后将所得浆料涂覆在16um厚的金属铝箔的两面，烘干成具有一定柔软度的极片。然后经过冷压、分条，再将用0.4mm厚的铝片制成的正极极耳焊接接在铝箔上制得正极极片21。
负极极片22的制备：将负极活性物质石墨、导电剂导电碳(Super-P)、羧甲基纤维素钠(CMC)、丁苯橡胶(SBR)按照质量比例95.5∶1.5∶∶1.5∶1.5加入溶剂去离子水中混合且搅拌均匀，得到具有一定流动性的浆料，再将上述浆料涂覆在12um厚的金属铜箔的两面，烘干成具有一定柔度的极片。然后经过冷压、分条(即对经负极极片进行剪裁、切割成所需要大小的尺寸)，再将用0.4mm厚的铜片制成的负极极耳焊接接在铜箔上后，制得负极极片22。
隔膜23采用聚丙烯(PP)-聚乙烯(PE)-聚丙烯PP三层复合薄膜。
导热袋3的制备：用导热胶将导热铜箔的三边密封，另一边不密封，形成开口，制成导热袋3。
锂离子电池的制备：把制作好的正极极片21、负极极片22和隔膜23通过叠片或卷绕工艺制成电芯2，然后将导热袋3放置在电芯2的中心，使导热袋3与最内圈的隔膜23紧密贴合，然后对将电芯2装入包装壳1中进行封装，封装后，导热铜箔的开口与外界相通，且导热铜箔与封装边的交界处贴有密封胶24，导热铜箔的开口离封装边(即位于导热铜箔开口方向上的封装边)的距离为3cm，封装时，留有侧封口用于关注电解液。然后从侧封口向包装壳1内注入电解液。其中，电解液以六氟磷酸锂(LiPF6)为锂盐，以20％的碳酸乙烯酯，30％的碳酸甲乙酯和50％的碳酸二甲酯为溶剂，且六氟磷酸锂(LiPF6)的浓度为1M，再经化成，陈化等工艺制得成品电芯2。
实施例2
与实施例1不同的是，所用的导热袋3为金属铝箔，且导热铜箔的开口与封装边(即位于导热铜箔开口方向上的封装边)平齐。
其余同实施例1，这里不再赘述。
将实施例1的锂离子电池进行过充实验，充电限制电压为4.6V。然后将热电偶从导热袋的靠口伸入导热袋的内部，连接测试装置，从热电偶上读取电池内部的温度数据，结果示于图3。
从图3可以看出，电池内部温度和外部温度差别很明显，外部温度76℃，而内部温度已经达到了116℃，内部温度比外部温度高出近40℃。
综上所述，利用本发明锂离子电池内部温度的测量方法，可以简单准确地测量电池在滥用条件下的内部温度，为锂离子电池安全特性研究提供了准确的数据。
需要说明的是，根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行变更和修改。因此，本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对本发明的一些等同修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。

Claims (10)

1.一种锂离子电池内部温度的测量方法，其特征在于，包括如下步骤：
第一步，将导热材料制成三边密封、一边开口的导热袋；
第二步，将第一步制得的导热袋放置在经过卷绕工艺或叠片工艺制备的电芯内部，对电芯进行封装后，导热袋的开口与外界相通；
第三步，将热电偶通过导热袋的开口放置在导热袋内，进行温度测试。
2.根据权利要求1所述的锂离子电池内部温度的测量方法，其特征在于：所述导热材料为导热金属箔。
3.根据权利要求2所述的锂离子电池内部温度的测量方法，其特征在于：所述导热材料为导热铜箔或导热铝箔。
4.根据权利要求1所述的锂离子电池内部温度的测量方法，其特征在于：所述导热袋放置在电池的中心。
5.根据权利要求4所述的锂离子电池内部温度的测量方法，其特征在于：所述导热袋贴合在电池最内圈的隔膜表面上。
6.根据权利要求1所述的锂离子电池内部温度的测量方法，其特征在于：导热袋和电池的封装边的交界处贴有密封胶。
7.根据权利要求6所述的锂离子电池内部温度的测量方法，其特征在于：导热袋的开口和封装边的距离大于等于0。
8.根据权利要求1所述的锂离子电池内部温度的测量方法，其特征在于：第三步所述进行温度测试为将热电偶与测试装置连接，然后读出热电偶感应的温度。
9.根据权利要求1所述的锂离子电池内部温度的测量方法，其特征在于：第一步中采用导热胶将导热袋的三边密封。
10.一种锂离子电池，包括包装壳、容纳于所述包装壳内的电芯，以及电解液，所述电芯包括正极极片、负极极片和隔膜，其特征在于：所述电芯内部包含有三边密封、一边开口的导热袋，且导热袋的开口与外界相通。
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