新能源电池膨胀力监测传感器及系统
随着新能源汽车与储能产业快速发展，锂离子电池在充放电循环、老化及异常工况下产生的体积膨胀和界面压力变化，已成为评价电池性能与安全状态的重要参数。传统单点刚性力传感器难以获得电池表面的压力分布，也不适合直接集成至电芯内部。团队面向电池膨胀力的原位、连续和分布式测量需求，开展柔性力敏材料、阵列传感器、超薄封装及多通道检测系统研究，研制了贴附式与内置式两类电池膨胀力监测传感器。现有系统采用6×6柔性传感阵列，可对电池充放电过程中的膨胀压力及其空间分布进行连续监测，并配套自主研发的数据采集电路和可视化软件，为电池结构设计、循环寿命评估、健康状态分析和安全预警提供力学信息。
研究内容：
1.高灵敏、低漂移柔性力敏材料与传感单元
研究离子型及聚电解质柔性力敏材料的界面电荷响应与黏弹性蠕变机理，通过材料组分、交联网络和微结构设计，提高传感器在静态压力下的稳定性。图示样机压力检测范围可覆盖0—1000 kPa，灵敏度约为43 kPa⁻¹，静态与动态载荷测试中的信号漂移小于1%，能够满足电池长周期膨胀力监测需求。2.贴附式与内置式柔性传感阵列
面向不同电池结构开发6×6柔性压力传感阵列及直径3 cm的单点传感单元。贴附式传感器可直接安装在电池表面，在不改变电芯结构的情况下测量膨胀力分布；内置式传感器采用超薄柔性结构，可与25 μm PP隔膜及2 μm PE陶瓷隔膜相结合，用于研究电池内部界面压力的原位变化。3.多通道检测系统及应用验证
研制多通道信号调理、数据采集和传输电路，开发阵列标定、压力分布重建、实时显示及数据存储软件，实现电池膨胀力随充放电循环变化的连续记录。结合电压、温度、循环次数等参数，可进一步分析膨胀力与电池老化及异常状态之间的关系。目前正在相关头部企业开展试用验证，并推进电池膨胀力监测标准化研究。
参考文献：
[1] An S, An Z, Li D, Zhang L. A High-Precision and Large-Range Iontronic Flexible 3D Force Sensor for Robotic Interactions. IEEE SENSORS, 2025: 1–3. DOI: 10.1109/SENSORS59705.2025.11330237.
[2] Tian Y, Zhang L, Zhang C, et al. Deep-Learning Enabled Smart Insole System Aiming for Multifunctional Foot-Healthcare Applications. Exploration, 2024, 4: 20230109. DOI: 10.1002/EXP.20230109.
[3] Zhang C, Ouyang W, Zhang L, Li D. A Dual-Mode Fiber-Shaped Flexible Capacitive Strain Sensor Fabricated by Direct Ink Writing Technology for Wearable and Implantable Health Monitoring Applications. Microsystems & Nanoengineering, 2023, 9: 158. DOI: 10.1038/s41378-023-00634-9.
[4] Fan Y, Zhang C, Ying Y, et al. Intelligent Soft Robotic Gripper for Non-Destructive Grasping and Attribute Recognition via Multi-Modal Waveguide Tactile Sensors. Microsystems & Nanoengineering, 2026, 12: 233. DOI: 10.1038/s41378-026-01364-4.