电池安全监测

电池安全监测

锂电池具有较高的能量密度，较高循环寿命，无记忆效应，具有较高的单体供电电压（3V）等优势，如下图所示，其出现推动了相关产业的发展，使得手机、电脑以及新能源汽车逐渐走向千家万户，获得了2019年诺贝尔化学奖；然而，电池发生爆炸、鼓包的情况时有发生，大大降低了企业在公民心中的可信度，因此，电池的安全监测具有显著的意义，本文针对具体的工程问题（新能源汽车电池安全监测），依据课题组前期的技术积累，提出相关的解决方案，具体内容如下所示：

传感器为中科院力学所柔性力学与器件课题组科研成果；项目来源为：慨哥、中信重工（洛阳），企业在电池安全监测方面有相关需求。

01拟采用的方案

课题组在大应变传感器和曲率传感器方面做出了大量的工作，前期调研可知，两种传感器都能够应用于电池安全监测，其优缺点分别为：

大应变传感器使用过程中需要粘贴于待测物体表面，当电池鼓包现象发生后，通过对封装材料发生的变形进行测量，反推出电池的运行状态，为系统安全监测提供重要的技术参考。

曲率传感器：该传感器在该项目中有两个明显的优势：1、传感器安装过程中不需要胶水粘贴，在满足测试精度的前提下，传感器与电池接触表面允许有相对滑动，大大扩宽了该传感器的安装位置（后期可能直接集成到隔膜材料中（电池具体结构等见附2），占用的空间极小）；2、该传感器对外形（曲率）的变化十分敏感，在项目中能够确保良好的测试精度，具体的技术细节如下所示：

a. 柔性曲率传感器; b. 实验中所用到的仪器设备；c. 传感器电压信号-曲率曲线

附录：补充材料

附1、电池鼓包的原因？

锂电池主要的材料构成：正极材料、负极材料、电解液、隔膜，调研可知，电池鼓包的原因主要包含：1、电池制造过程中电极涂层不均匀，生产工艺比较粗糙引起的；2、电池使用过程中过充电和过放电引起的；导致电池在使用过程中，内部发生近似于短路的剧烈反应，生成大量的热，进而导致电解质分解气化，电池出现鼓包现象。

附2、锂电池的加工工艺?

锂电池依据使用场景的不同，在外观上呈现片状和圆柱状两种外形；两种外形锂电池具体的封装流程如下图所示：

附3、隔膜材料是什么，能否采用传感器PI替代？

隔膜主要的功能有：1、具有电子绝缘性，使得正负极能够机械隔离；2、有一定的孔径和空隙率，保证低的电阻和高的离子电导率，对锂离子有很好的透过性；3、具有足够的化学和电化学稳定性，耐电解液腐蚀；4、足够的力学性能等；

能否把曲率传感器集成到隔膜上，进而对电池的变形进行直接监测；于此同时，是否可以集成温度等传感器，在后端通过多源数据融合等相关算法，对电池的运行状态进行解算，确保电池的安全运行。