1、概述
本研究首先創(chuàng)新性提出一體化功能極片的設(shè)計方案，并選擇光纖作為傳感器進行植入驗證?；诠忸l域反射技術(shù)（OFDR），利用昊衡科技的OSI設(shè)備測量了鋰電池在初始狀態(tài)（BoL）和老化狀態(tài)（EoL）的內(nèi)部溫度演變和二維分布。在磷酸鐵鋰（LFP）和三元（NCM523）兩種材料體系的Ah級軟包電池中進行驗證，并設(shè)計了兩種光纖布局方式（S型和U型）進行鋰電池內(nèi)部溫度分布式測量。實驗證明了老化電池在放電階段溫度快速上升，需要重點關(guān)注。
2、測試過程
本工作采用自制的軟包疊片電池，通過在一體化功能極片中植入光纖，實現(xiàn)對鋰電池內(nèi)部溫度分布進行原位監(jiān)測。光纖在電池中有兩種走線形式：S型和U型，并在三元和磷酸鐵鋰兩種電池中進行驗證。我們在電池的新鮮狀態(tài)（BOL）和老化狀態(tài)（EOL）時測量電池在1C倍率條件下完整的充放電循環(huán)過程中的溫度演變。鋰電池的電化學測試由同濟大學完成，溫度測試是利用昊衡科技的OSI設(shè)備（OFDR分布式光纖傳感技術(shù)）進行信號解耦測試，溫度測試過程為室溫條件，電池用隔熱棉進行包裹以減少外界溫度影響。
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圖1 利用OFDR分布式光纖傳感解調(diào)儀原位測量電池內(nèi)部溫度分布
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圖2 基于OFDR光纖解調(diào)儀原位測量電池溫度分布的工作原理簡圖
圖3 鋰離子電池裝配過程和光纖布設(shè)方案
3、測試結(jié)果
圖4 新鮮電池在1C倍率條件下充放電時內(nèi)部溫度演變規(guī)律和溫度分布
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圖5 老化電池在1C倍率條件下充放電時內(nèi)部溫度演變規(guī)律和溫度分布
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基于光頻域反射技術(shù)（OFDR），利用OSI光纖解調(diào)儀測量了鋰電池在初始狀態(tài)（BoL）和老化狀態(tài)（EoL）的內(nèi)部溫度演變和二維分布，測量空間分辨率高達1.6mm?；谝惑w化功能極片技術(shù)，我們在磷酸鐵鋰（LFP）和三元（NCM523）兩種材料體系的Ah級軟包電池中進行驗證，并設(shè)計了兩種不同的光纖布局方式（S型和U型）進行鋰電池內(nèi)部溫度分布式測量?；谏鲜鰧嶒?，我們首次完成了鋰電池的無損植入和全生命周期的電化學性能測試，并獲取了電池在循環(huán)初期和老化后的溫度演變規(guī)律和溫度分布。通過循環(huán)容量、阻抗和半電池測試，驗證了我們提出的植入方案不會影響電池的電化學性能。通過拆解表征和組件形貌分析，驗證了傳感器的防腐設(shè)計，并證實一體化功能極片的設(shè)計不會導致極片析鋰、活性材料損失等不良影響。同時，我們證明了老化電池在放電階段溫度快速上升，需要重點關(guān)注。在BoL狀態(tài)下，1.2Ah初始容量的LFP-U和LFP-S軟包電池在放電過程中的溫升速率分別為0.294 °C/min、0.302 °C/min，而電池老化后（EoL），LFP-U和LFP-S 在放電過程中的溫升速率分別增長至0.582 °C/min、0.453 °C/min。同時，老化后的LFP電池熱點區(qū)域在放電末期溫升可高達21 °C，這是非常值得注意的。
4、實驗結(jié)論
隨著大容量、高性能的電池的應(yīng)用，傳統(tǒng)的電池管理系統(tǒng)缺乏對電池內(nèi)部狀態(tài)信息的有效監(jiān)測，從而造成管理不足。通過一體化功能極片的設(shè)計，我們實現(xiàn)了無損植入并可分布式原位測量電池內(nèi)部信息。經(jīng)過800圈1C倍率的循環(huán)測試，我們證實鋰電池在老化后的放電階段溫升速率增大，內(nèi)部熱點區(qū)域的溫度可在放電末期上升21 °C。本工作為鋰電池無損植入測量內(nèi)部信息提供了一種新穎的方法，并為大容量動力電池的正向開發(fā)/管理設(shè)計提供新的視角。
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來源：Energy Storage Materials
題名：Non-damaged lithium-ion batteries integrated functional electrode for
operando temperature sensing
作者：王秀武，朱建功，魏學哲，許文韜，金逸群，戴海峰（同濟大學）
原文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.ensm.2023.103160
