Hot Disk TPS热常数分析仪应用案例 -各向异性的硬壳锂离子电池样品
发表时间：2024-03-07
如今由于新能源电动车市场的蓬勃发展，锂离子电池的需求量大幅增加，但层出不穷的安全问题一直在困扰着厂家及消费者。屡见不鲜的电动车自燃爆炸问题主要是由电池的热失控导致，因此电池的热物性研究也越来越多的被关注。此案例分析将介绍利用Hot Disk TPS（瞬态平面热源法）热常数分析仪的各向异性模块快速并准确的测量硬壳锂离子电池在轴向及径向两个方向不同的导热系数（W/mk）以及热扩散系数（mm2/s）。
图1. TPS 2500S型号热常数分析仪
图2. 常见铝壳锂离子电池测试过程中与Hot Disk探头的测试固定方式示意图
使用各项异性测试模块时，需要已知样品的体积比热值（MJ/m3k），这个参数可以通过Hot Disk的比热模块，或者使用其他原理的设备（如加速绝热量热仪等）提前测得。
图3. 利用Hot Disk比热模块测量铝壳电池比热的实际测试照片
Hot Disk的比热模块利用特制的样品容器加热整块电池样品，根据样品容器在放置电池样品之前及之后吸收热量的差值准确的计算出整个样品的比热值。
测试参数及结果的描述如下：
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样品名称 |
测试模块 |
质量比热 |
体积比热 |
|
硬壳锂离子电池 |
比热模块 |
1.18*103J/kgK |
1.99MJ/m3K |
因为目前锂离子电池多数具有结构不够均匀的问题，我们推荐使用较大的探头和较长的瞬态测试时间使探头发出的热量能穿透被测样品内部相对较大的空间，从而获取的数据更能反映整块电池的综合性能。
另外，由于电池表面多数不够平整，如果使用双面测试方法较难保证样品与探头表面的平整接触，因此采用单面测试法，使用单块样品及泡沫背景材料并施加固定压力，确保探头表面与样品表面的良好接触。
下表中为两组客户的硬壳锂离子电池的测试结果：
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轴向导热系数W/mk |
轴向热扩散系数mm2/s |
径向导热系数W/mk |
轴向热扩散系数mm2/s |
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2.8448 |
1.2209 |
26.249 |
11.266 |
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2.2164 |
0.9121 |
23.3996 |
9.6294 |
测试表明Hot Disk热常数分析仪的测试重复性可达到1%以下
Hot Disk热常数分析仪还可搭配温控装置使用，提供在不同温度/湿度环境下的热物性测试。测试具有速度快，重复性高的优点，可以广泛的用于锂离子电池的质量评测及质量控制领域。
