近年來，鋰電池已廣泛應(yīng)用于智能電話，個(gè)人數(shù)字助理（PDA），筆記本電腦和電動(dòng)汽車等商業(yè)產(chǎn)品中。鑒于這種廣泛的應(yīng)用，鋰離子二次電池的安全性和效率是重要的問題。
鋰電池的安全性取決于電解液，隔膜，陽(yáng)極和陰極。在過充電條件下，鋰形成活性表面，與電解液反應(yīng)，增加內(nèi)部阻抗，降低放電效率。隨著充放電循環(huán)的增加，電池的容量會(huì)降低，從而限制其循環(huán)壽命。
金屬鋰可以以枝晶和針狀晶體的形式分離，并在快速充放電過程中引起許多問題。因此，電池的效率降低，并且安全的問題出現(xiàn)了。鋰電池的內(nèi)部溫度通常使用熱電偶測(cè)量。傳統(tǒng)的熱電偶太大，無法用于精確測(cè)量最佳測(cè)量位置的溫度。應(yīng)避免溫度測(cè)量時(shí)對(duì)電池的損壞。探頭電氣技術(shù)既快速（<200 ms）和精確（±0.1°C），并通過連接到電池的兩個(gè)端子，無需將任何探針插入電池。遠(yuǎn)程查詢傳感器用于測(cè)量溫度，壓力，流體流速和濕度。在這項(xiàng)研究中，利用電阻溫度檢測(cè)器（RTD）微溫度傳感器，其體積小，精度高，響應(yīng)時(shí)間短，制造簡(jiǎn)單，批量生產(chǎn)，以及比傳統(tǒng)熱電偶更有效地測(cè)量溫度的能力。這些柔性薄膜溫度傳感器必須耐腐蝕，耐高溫和應(yīng)力腐蝕。
柔性薄膜溫度傳感器示意圖。
一般金屬的電阻由下式給出：
R=ρL/A
其中R表示電阻（Ω）; ρ表示電阻率（Ωm）; L表示線長(zhǎng)（m），A表示橫截面積（m 2）。當(dāng)RTD的溫度在線性區(qū)域變化時(shí)，測(cè)得的電阻與溫度變化之間的關(guān)系可以表示為：
Rt=Ri(1+αtΔT)
Rt=Ri(1+αtΔT)
其中R t和R i分別表示在t ℃和t i ℃ 下的RTD的電阻; α 噸代表RTD的正溫度系數(shù); Δ ?表示在從基準(zhǔn)溫度的溫度的變化; 和噸和噸我是一個(gè)RTD的在溫度噸 ℃并噸我分別°C，。因此，等式（2）可以被重寫為
αt=Rt−RiRi(ΔT)
其中α 噸是電阻的傳感器的溫度系數(shù)（TCR）。
柔性薄膜溫度傳感器的制作：
在本案例中，采用薄膜形式的聚對(duì)二甲苯作為柔性微溫度傳感器。聚對(duì)二甲苯耐腐蝕和應(yīng)力腐蝕。傳感器材料通過物理氣相沉積（PVD）技術(shù)逐層沉積; 因此，微溫度傳感器可以在具有精確控制厚度的低溫下制造。圖2顯示了制造傳感器所涉及的八個(gè)步驟（a-h）。
圖2. 在硅襯底上制造柔性微溫度傳感器的程序。
步驟a和b：在硅晶片襯底上沉積一層銅（Cu）作為犧牲層，然后如顯示的那樣，在銅層上沉積300埃厚的聚對(duì)二甲苯薄膜。步驟c：聚對(duì)二甲苯薄膜作為保護(hù)層，隔離層和基材。步驟d：為了在微溫度傳感器上定義圖案，進(jìn)行了第一次光刻工藝。步驟e：使用電子束蒸發(fā)器將Cr（250）和然后Au（2000）作為導(dǎo)電層沉積在聚對(duì)二甲苯基板上。微型溫度傳感器的結(jié)構(gòu)由剝離過程形成。步驟f：然后沉積另一個(gè)聚對(duì)二甲苯層以保護(hù)微溫度傳感器。步驟g和h：第二次平版印刷工藝，反應(yīng)離子蝕刻（RIE）圖3示出了微溫度傳感器的光學(xué)顯微鏡（OM）圖像。
圖3. 柔性微溫度傳感器的光學(xué)顯微鏡照片。
微溫度傳感器校準(zhǔn)
將微溫度傳感器放置在熱室（DENG YNG DS-45）中，如圖4所示。
圖4. 熱室中微溫度傳感器的校準(zhǔn)。
電阻信號(hào)由數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)拾取，如圖5所示。熱室的溫度從-20℃升高到90℃三次。
圖5. 電阻信號(hào)由數(shù)據(jù)采集獲取。
圖6和圖7繪出了微溫度傳感器的校準(zhǔn)曲線。校準(zhǔn)曲線表現(xiàn)出高的重復(fù)性和溫度和電阻之間關(guān)系的線性關(guān)系。
圖6. 傳感器1的校準(zhǔn)曲線。
圖7. 傳感器2的校準(zhǔn)曲線。
熱沖擊試驗(yàn)
使用可編程熱沖擊測(cè)試儀來測(cè)試微溫度傳感器結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度，其中放置在測(cè)試儀內(nèi)部的傳感器測(cè)量并報(bào)告溫度。通過在3分鐘的時(shí)間內(nèi)，在每個(gè)極端溫度下用5分鐘停留時(shí)間使溫度在0℃和90℃之間循環(huán)3次。在圖8中，T1是可編程熱沖擊測(cè)試儀的空間溫度曲線，T2是夾具放置微溫度傳感器1的溫度曲線。圖9繪出微溫度傳感器1的校準(zhǔn)曲線。
圖8. 可編程熱沖擊測(cè)試儀和微溫度傳感器支架溫度變化1。
圖9. 比較微溫度傳感器1次熱沖擊試驗(yàn)前后的校準(zhǔn)曲線三個(gè)周期。
充放電中的溫度測(cè)量
將柔性薄膜溫度傳感器插入鋰電池中，如圖10所示。連接到電池外表面的熱電偶測(cè)量表面溫度。來自微型傳感器和熱電偶的信號(hào)由數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)GBT-2211拾取。
圖10繪出了熱電偶和微溫度傳感器的溫度曲線。三條曲線都是相互一致的。鋰電池中的不同位置的溫度變化。內(nèi)部溫度比外部溫度變化更快。在高峰時(shí)，內(nèi)部溫度高于外部溫度2°C。
綜上結(jié)論
在本研究中，選擇聚對(duì)二甲苯作為柔性材料制造柔性薄膜溫度傳感器。柔性薄膜型溫度傳感器的強(qiáng)度足以用于鋰電池。在現(xiàn)場(chǎng)溫度測(cè)量成功回升。結(jié)果表明，當(dāng)鋰電池1C在電池中發(fā)生充放電反應(yīng)時(shí)，內(nèi)部溫度比外部溫度高2℃。
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