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锂离子电池火灾发生的主要是由于热失控带来的安全风险和隐患。热失控是因为锂电池本身机械滥用或电池故障引起的内部急剧温升,造成电解液燃烧,触发链式反应,从而引起电池起火爆炸等安全事故。由于锂离子电池本身是黑箱模型,传感器是不方便或较难进行内部植入的,因此,热失控的风险是不可知的。要针对热失控进行风险管控,最直观的方法是温度检测,即对锂离子电池本身工作温度的检测。
锂离子电池在热失控的过程中不只是温度异常,通常伴有压力、气压、化学气体的产生,事故是由多种因素诱发或耦合导致的,传感技术也主要围绕这几方面进行展开。目前,锂离子电池的动态进展主要是分为外置和内置两种技术。外置传感器可理解为放在电芯外面、PACK组的里面,常见的是热电耦光纤的温度传感器以及一些压力传感器。但这类传感器存在一些问题,一般来说器件不是定制化的,功能相对比较单一,体积过大。锂离子电池本身诱发的安全风险是由内到外的,所以在外部监测时会出现响应延迟和精度偏低,同时预测精度需要进步提升。内置传感器是针对锂离子电池里面特征的活性结构进行开发的,包括温度、压力、气体、气压,这类传感器通常植入在锂离子制作过程中。但它的缺点是集成程度较低,锂离子电池里面有大量的电解液,可能造成传感器的封装失效,进而导致传感器伴随着电池生命周期循环时候的失效。
针对上述问题,他提出了几种传感技术。
一是集成度高的传感阵列,尝试把压电传感器的薄膜,以及一个薄膜晶体管的阵列,阵列是电容传感器结合到一起。
二是基于磁电复合材料锂电池外置的冲击传感器,这是通过换用磁电复合材料,测量时以非接触形式,对锂电池充放电时电流产生的磁场进行测量,通过磁场转换成应变,再从应变转换成变流或者变荷的机制进行采样。
三是通过高通量合金的筛选制作的锂离子内部合金传感器。传统的传感器基本上是机遇铂金贵金属制备的,成本比较高。内部合金传感器的锂电池集流体大部分是用铜来做的,但铜的测量精度偏低,所以又选用镍进行温度系数的矫正。通过磁控溅射的方法,直接在集流体上集成了温度传感模组,完成模组之后涂活性材料,这就可以实现锂离子电池内部温度实时无损的监测。
(北极星储能网根据现场速记整理,未经嘉宾审核)
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