本發(fā)明涉及鋰離子電池監(jiān)測與制造工藝，特別是涉及一種光纖傳感器植入評估、無損植入方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、隨著新能源汽車和大規(guī)模儲能產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，鋰離子電池作為核心的能量存儲單元，其安全性、工作性能和使用壽命已成為決定產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵因素。實現(xiàn)對電池內(nèi)部狀態(tài)，尤其是溫度、應(yīng)變等核心參數(shù)的實時、精確監(jiān)測，是提升電池管理系統(tǒng)（batterymanagement?system，bms）效率、預(yù)警熱失控、延長電池壽命的根本技術(shù)手段。在此背景下，光纖傳感器因其尺寸小（可達微米級）、耐電磁干擾、高靈敏度及可實現(xiàn)分布式測量等優(yōu)勢，在鋰離子電池內(nèi)部監(jiān)測領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大的應(yīng)用潛力。

2、當前，將光纖傳感器應(yīng)用于鋰離子電池內(nèi)部狀態(tài)監(jiān)測的研究已取得一定進展。例如，在結(jié)構(gòu)上存在中心孔隙的圓柱形鋰離子電池中，已有技術(shù)嘗試在卷芯中植入光纖傳感器，并成功實現(xiàn)了對內(nèi)部溫度和應(yīng)變的監(jiān)測。然而，作為動力電池和儲能領(lǐng)域主流技術(shù)路線之一的疊片式（軟包）鋰離子電池，其內(nèi)部是由正極、負極和隔膜片層高度壓實堆疊而成，不存在明顯的固有空隙，這使得光纖傳感器的內(nèi)部植入面臨著嚴峻的技術(shù)挑戰(zhàn)。為規(guī)避這一難題，部分現(xiàn)有技術(shù)提出將光纖傳感器放置于電芯堆與鋁塑膜外殼之間的間隙中。該方案雖可實現(xiàn)植入，但傳感器并未真正進入電芯活性區(qū)域，無法直接、準確地獲取電芯核心位置的溫度和應(yīng)變信號。隨著電池技術(shù)向大容量、高倍率方向發(fā)展，單體電芯（例如超過100ah）在工作時內(nèi)部的熱量累積和機械應(yīng)力分布不均問題愈發(fā)突出，核心區(qū)域與表面的溫差可達10℃以上，應(yīng)力梯度亦十分顯著。因此，這種表面監(jiān)測方式的局限性日益凸顯，難以滿足下一代高性能電池對精準安全管理的需求。

3、綜上所述，盡管業(yè)內(nèi)已認識到光纖原位監(jiān)測的重要性，但在疊片鋰離子電池領(lǐng)域的應(yīng)用仍面臨著一系列亟待解決的技術(shù)瓶頸，這些瓶頸阻礙了可靠、高效的原位精準監(jiān)測系統(tǒng)的實現(xiàn)。

4、其一，缺乏科學(xué)的傳感器布置方案設(shè)計方法。如何在一個二維或三維空間內(nèi)鋪設(shè)光纖，才能在保證監(jiān)測覆蓋率和精度的前提下，盡可能地降低光纖總長度帶來的成本增加、工藝復(fù)雜化和對電池性能的潛在影響?，F(xiàn)有技術(shù)多依賴經(jīng)驗進行布局，缺乏可量化的性能評估指標進行科學(xué)地指導(dǎo)和優(yōu)化設(shè)計。

5、其二，缺乏成熟的傳感器內(nèi)部無損植入工藝。若將光纖強行植入緊實的電極層之間，會不可避免地造成局部間隙，破壞鋰離子的均勻運輸通道，從而導(dǎo)致電池電化學(xué)性能的下降和長期可靠性的降低。同時，在電池封裝過程中的熱壓封合步驟，也極易對纖細的光纖造成機械損傷，影響最終的成品率和信號傳輸穩(wěn)定性。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、為了解決上述問題，本發(fā)明提出了一種光纖傳感器植入評估、無損植入方法及系統(tǒng)，通過綜合監(jiān)測性能評估指標指導(dǎo)光纖傳感器的最優(yōu)空間布局，通過改進負極結(jié)構(gòu)和優(yōu)化制造工藝，實現(xiàn)光纖傳感器在電芯核心區(qū)域的安全集成而不影響電池性能，解決現(xiàn)有技術(shù)中光纖傳感器布局設(shè)計缺乏科學(xué)依據(jù)以及植入過程易損傷電芯的技術(shù)難題。

2、為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

3、第一方面，本發(fā)明提供一種光纖傳感器植入評估方法，包括：

4、對待監(jiān)測區(qū)域內(nèi)的每個監(jiān)測節(jié)點，計算與待評估光纖植入布置路徑的最短距離；

5、根據(jù)每個監(jiān)測節(jié)點的最短距離確定監(jiān)測滿意度；

6、以待監(jiān)測區(qū)域內(nèi)所有監(jiān)測節(jié)點的監(jiān)測滿意度的平均值為空間覆蓋指數(shù)，結(jié)合隨光纖總長度指數(shù)衰減的乘法懲罰因子，確定待評估光纖植入布置路徑的監(jiān)測性能評分，并以此確定最優(yōu)光纖植入布置方案。

7、作為可選擇的實施方式，監(jiān)測滿意度 s( r)為：；

8、式中， r0為特征監(jiān)測半徑，代表滿意和不滿意的臨界距離； k為衰減系數(shù)； r為每個監(jiān)測節(jié)點與待評估光纖植入布置路徑的最短距離。

9、作為可選擇的實施方式，乘法懲罰因子 p( lc)為：；式中， lc為當前光纖植入布置方案的總長度； β為指數(shù)懲罰系數(shù)； lchar為特征長度；

10、將空間覆蓋指數(shù)和乘法懲罰因子相乘得到監(jiān)測性能評分。

11、第二方面，本發(fā)明提供一種光纖傳感器無損植入方法，包括：

12、采用負極材料在集流體單面涂布活性材料層，以制備得到單面涂布負極片；

13、根據(jù)最優(yōu)光纖植入布置方案在基座表面預(yù)制微槽，且槽深與光纖傳感器直徑匹配，以將光纖傳感器嵌入微槽內(nèi)；所述最優(yōu)光纖植入布置方案為采用第一方面所述的光纖傳感器植入評估方法得到；

14、組裝單面涂布負極片和嵌入光纖傳感器的基座，形成復(fù)合負極；

15、將復(fù)合負極與隔膜、正極按疊片工藝依次疊放后進行電池封裝。

16、作為可選擇的實施方式，采用微加工方法或3d打印方法制備帶有微槽的基座；將兩個單面涂布負極片與嵌入光纖傳感器的基座進行組裝，形成復(fù)合負極結(jié)構(gòu)，復(fù)合負極的結(jié)構(gòu)為負極活性材料層-集流體-基座-集流體-負極活性材料層。

17、作為可選擇的實施方式，電池封裝的過程包括：根據(jù)光纖植入布置方案中光纖傳感器的引出點位置，在電池鋁塑膜底側(cè)預(yù)制一個或多個開孔，開孔直徑與光纖直徑相匹配，開孔位置對應(yīng)復(fù)合負極基座上的光纖引出端點，以引出光纖接頭，同時規(guī)劃在電芯的非核心活性區(qū)域。

18、作為可選擇的實施方式，電池封裝的過程還包括：

19、頂封區(qū)封裝：采用熱封技術(shù)，通過控制熱封溫度和壓力，封合頂封區(qū)，確保電極端部與電池鋁塑膜的結(jié)合；且光纖引出路徑避開頂封區(qū)，沿電芯邊緣延伸至底部開孔；

20、側(cè)封區(qū)封裝：通過熱封設(shè)備，通過控制熱封溫度和壓力，對電池鋁塑膜兩側(cè)進行封合。

21、作為可選擇的實施方式，電池封裝的過程還包括：

22、一封區(qū)封裝：首先將光纖從預(yù)留的開孔中穿出，在遠離極耳的一端，即一封區(qū)，進行初步封合，并留出注液口；同時在開孔周圍預(yù)先涂覆一圈密封膠進行初步隔離，隨后通過注液口注入電解液，完成一封區(qū)的初步封合；

23、二封區(qū)與開孔封口：在電池經(jīng)過化成和排氣工序后，進行最終的真空熱封，完成二封區(qū)封裝，確保電池單體完全密封。

24、第三方面，本發(fā)明提供一種光纖傳感器植入評估系統(tǒng)，包括：

25、距離評估模塊，被配置為對待監(jiān)測區(qū)域內(nèi)的每個監(jiān)測節(jié)點，計算與待評估光纖植入布置路徑的最短距離；

26、滿意度評估模塊，被配置為根據(jù)每個監(jiān)測節(jié)點的最短距離確定監(jiān)測滿意度；

27、性能評估模塊，被配置為以待監(jiān)測區(qū)域內(nèi)所有監(jiān)測節(jié)點的監(jiān)測滿意度的平均值為空間覆蓋指數(shù)，結(jié)合隨光纖總長度指數(shù)衰減的乘法懲罰因子，確定待評估光纖植入布置路徑的監(jiān)測性能評分，并以此確定最優(yōu)光纖植入布置方案。

28、第四方面，本發(fā)明提供一種鋰離子電池，包括：采用第二方面所述的光纖傳感器無損植入方法制備得到。

29、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果為：

30、針對光纖植入布置方案缺乏科學(xué)設(shè)計依據(jù)的問題，本發(fā)明提供一種光纖傳感器植入評估方法，通過綜合監(jiān)測性能評估指標指導(dǎo)光纖傳感器的最優(yōu)空間布局，該指標將表征覆蓋度的空間覆蓋指數(shù)與隨光纖總長度指數(shù)衰減的乘法懲罰因子相結(jié)合，從而實現(xiàn)對不同光纖植入布置方案的科學(xué)評價，建立一個統(tǒng)一、量化的評價指標，用于科學(xué)地評價任意給定的光纖植入布置方案的綜合效能。

31、在確定最優(yōu)光纖植入布置方案后，本發(fā)明通過改進負極結(jié)構(gòu)和優(yōu)化制造工藝，解決了在光纖傳感器植入過程中，存在破壞電芯結(jié)構(gòu)，并對鋰離子輸運性能造成不利影響的問題，提供一種光纖傳感器無損植入方法。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明構(gòu)建由帶槽基座和兩個單面涂布負極片構(gòu)成的復(fù)合負極結(jié)構(gòu)，光纖傳感器嵌于基座的微槽內(nèi)，實現(xiàn)光纖傳感器在電芯核心區(qū)域的安全集成而不影響電池性能，避免傳統(tǒng)植入方法存在破壞電芯結(jié)構(gòu)與影響鋰離子輸運性能的風(fēng)險，同時光纖傳感器位于電芯核心區(qū)域，可直接獲取關(guān)鍵部位的溫度和應(yīng)變數(shù)據(jù)，從而有效提升監(jiān)測數(shù)據(jù)的精度與代表性。

32、本發(fā)明的光纖傳感器無損植入方法中，封裝工藝通過在電池鋁塑膜底側(cè)直接開孔以引出光纖接頭，并采用二次強化密封的方式，不僅有效解決引出點的密封難題，更通過縮短光纖在封裝體內(nèi)的冗余路徑，降低潛在的信號損耗和封裝復(fù)雜度，提升植入的良品率和可靠性。本發(fā)明可實現(xiàn)對疊片電池核心區(qū)域光纖傳感器的無損植入以及參數(shù)原位監(jiān)測，提高電池安全性與管理效率，適用于全尺寸疊片鋰離子電池制造過程中的光纖植入。

33、本發(fā)明附加方面的優(yōu)點將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本發(fā)明的實踐了解到。