温敏器件、锂离子电池电芯内部温度测量装置及制备方法

本发明涉及锂离子电池领域，具体涉及一种温敏器件、锂离子电池电芯内部温度测量装置及制备方法。

背景技术：

1、锂离子电池被广泛应用于便携式电子设备、交通领域、电化学储能电站和特征装备中。以锂离子电池为动力的产品产生安全问题的根本原因是锂离子电池单体电芯本身存在较大的安全隐患。当电芯在使用时出现短路、挤压、碰撞、高空跌落、电池进水、过充放电、过大电池充电等非正常工况时，均会引起不同程度的电池热失控现象。锂离子电池热失控会引起温度信号的显著变化。如果能够准确获得锂离子电池热失控过程中的温度变化，在电池热失控超早期或萌芽阶段，对电池及时实行预警并采取相应措施，即可维持电池安全稳定运行。

2、目前，相关研究机构和企业均在锂离子电池模组和pack内布置了一些温度监测装置。然而，这些温度监测装置通常构造复杂、体积较大，且其核心热敏器件的温感性能受锂离子电池电解液影响大。因此，这些温度监测装置普遍安装于锂离子电池单体电芯的外部，难以布置于电芯内部，不能真实获得电芯内部不同区域的温度。事实上，锂离子电池在发生热失控过程中，其单体电芯内部和外部的温度差异很大。这也是目前基于温度的锂离子电池预警不及时、不准确的主要原因之一。

3、鉴于此，亟需设计一种能够对对锂离子电池电芯内部进行温度测量的温敏器件及装置。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种温敏器件，可以安装在锂离子电池内部，通过其交流阻抗值准确反应电池电芯内部温度。

2、为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种温敏器件，其材质为掺杂金属元素的锂镧镐氧陶瓷，所述金属元素为铝或镓或钽或铌。

3、进一步，当金属元素为铝或镓时，温敏器件的成分组成为li7-3xmxla3zr2o12，m为al或ga，0＜x≤0.3。

4、进一步，当金属元素为钽或铌时，温敏器件的成分组成为li7-xla3zr2-xnxo12，n为ta或nb，0.2≤x≤0.75。

5、进一步，温敏器件的交流阻抗r与绝对温度t符合log[a·(t/r)]＝-b·(1/t)+c一次线性函数关系；其中，a、b和c均为常数。

6、本发明还提供了一种锂离子电池电芯内部温度测量装置，包括：

7、温敏器件，所述温敏器件为圆形片状；

8、两个阻塞电极，每个阻塞电极为沉积在所述温敏器件一个圆表面上的金层。

9、进一步为了方便将锂离子电池电芯内部温度测量装置连接到电化学阻抗谱测试仪器，锂离子电池电芯内部温度测量装置还包括两个连接线，每个连接线的一端设有贴片，每个贴片贴合接触一个阻塞电极的远离温敏器件的表面。

10、本发明还提供了一种温敏器件的制备方法，包括：

11、s1，根据温敏器件的成分组成，称取li源、la源、zr源和金属源，且li源过量；其中，金属源为al源、ga源、ta源、nb源中的一种；

12、s2，将步骤s1中称取的成分在液相体系中搅拌混合，蒸干或烘干液相混合体系后，得到粉末a；

13、s3，将粉末a在k1温度下煅烧h1时长，冷却至室温，研磨后得到粉末b；

14、s4，将粉末b在k2温度下煅烧h2时长，冷却至室温，压制、碾碎、研磨后得到粉末c；

15、s5，将粉末c在模具中压制成圆片，然后在k3温度下烧结h3时长，冷却至室温，打磨、抛光后得到金属元素的锂镧镐氧陶瓷圆片，即为温敏器件；其中，k1＜k2＜k3，h3＜h1＜h2。

16、进一步，k1为350℃～550℃，h1为1h～3.5h；

17、和/或k2为650℃～1050℃，h2为6.5h～12h；

18、和/或k3为1100℃～1500℃，h3为0.5h～3h。

19、进一步，所述li源过量5％-30％。

20、进一步，li源为li2co3或ch3cooli；la源为la2o3；zr源为zr(ch3coo)4溶液；al源为al2o3；ga源为ga2o3；ta源为ta2o5；nb源为nb2o5。

21、采用上述技术方案后，本发明的温敏器件可以基于掺杂铝或镓或钽或铌元素的锂镧镐氧陶瓷圆片的离子电导率σ与绝对温度t和活化能ea之间的数学关系进行开发。以陶瓷圆片作为温度测量装置的温敏器件，具有以下优点：(1)耐高温性能好，测温范围宽；(2)为含锂化合物，可传导锂离子，与电池电解液相容性好；(3)其工作原理是利用陶瓷圆片的本征性质，与体积无关，陶瓷圆片的厚度和直径可随意调整。基于本发明温敏器件的温度测量装置造型简单、灵活，且体积小，可置于锂离子电池单体电芯内部，且连接线容易从电芯内引出，在使用温度测量装置装置时，只需要将连接线接入至电化学阻抗谱测试仪器，测量所述的装置交流阻抗r值，就可以计算得到其绝对温度t，从而准确反映所测量区域的温度，能够精确获得锂离子电池单体电芯热失控超早期或萌芽阶段时的电芯内外部温度差异或数学关系，就可以获得锂离子电池单体电芯全区域的危险温度临界值或临界区，更好地实现锂离子电池热失控的早期预警，提高锂离子电池的使用安全性。

技术特征：

1.一种温敏器件，其特征在于，

2.根据权利要求1所述的温敏器件，其特征在于，

3.根据权利要求1所述的温敏器件，其特征在于，

4.根据权利要求1所述的温敏器件，其特征在于，

5.一种锂离子电池电芯内部温度测量装置，其特征在于，

6.根据权利要求5所述的锂离子电池电芯内部温度测量装置，其特征在于，

7.一种如权利要求1-4任一项中的温敏器件的制备方法，其特征在于，

8.根据权利要求7所述的温敏器件的制备方法，其特征在于，

9.根据权利要求7所述的温敏器件的制备方法，其特征在于，

10.根据权利要求7所述的温敏器件的制备方法，其特征在于，

技术总结
本发明涉及锂离子电池领域，具体涉及一种温敏器件、锂离子电池电芯内部温度测量装置及制备方法。温敏器件的材质为掺杂金属元素的锂镧镐氧陶瓷，所述金属元素为铝或镓或钽或铌。锂离子电池电芯内部温度测量装置，包括温敏器件和两个阻塞电极，所述温敏器件为圆形片状；每个阻塞电极为沉积在所述温敏器件一个圆表面上的金层。本发明可以安装在锂离子电池内部，通过其交流阻抗值准确反应电池电芯内部温度。

技术研发人员：路万征,吴洁,蒋军成,舒中俊
受保护的技术使用者：常州大学
技术研发日：
技术公布日：2024/4/8