Hot Disk TPS熱常數分析儀應用案例 -各向異性的硬殼鋰離子電池樣品
發(fā)表時間：2024-03-07
如今由于新能源電動車市場的蓬勃發(fā)展，鋰離子電池的需求量大幅增加，但層出不窮的安全問題一直在困擾著廠家及消費者。屢見不鮮的電動車自燃爆炸問題主要是由電池的熱失控導致，因此電池的熱物性研究也越來越多的被關注。此案例分析將介紹利用Hot Disk TPS（瞬態(tài)平面熱源法）熱常數分析儀的各向異性模塊快速并準確的測量硬殼鋰離子電池在軸向及徑向兩個方向不同的導熱系數（W/mk）以及熱擴散系數（mm2/s）。
圖1. TPS 2500S型號熱常數分析儀
圖2. 常見鋁殼鋰離子電池測試過程中與Hot Disk探頭的測試固定方式示意圖
使用各項異性測試模塊時，需要已知樣品的體積比熱值（MJ/m3k），這個參數可以通過Hot Disk的比熱模塊，或者使用其他原理的設備（如加速絕熱量熱儀等）提前測得。
圖3. 利用Hot Disk比熱模塊測量鋁殼電池比熱的實際測試照片
Hot Disk的比熱模塊利用特制的樣品容器加熱整塊電池樣品，根據樣品容器在放置電池樣品之前及之后吸收熱量的差值準確的計算出整個樣品的比熱值。
測試參數及結果的描述如下：
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樣品名稱 |
測試模塊 |
質量比熱 |
體積比熱 |
|
硬殼鋰離子電池 |
比熱模塊 |
1.18*103J/kgK |
1.99MJ/m3K |
因為目前鋰離子電池多數具有結構不夠均勻的問題，我們推薦使用較大的探頭和較長的瞬態(tài)測試時間使探頭發(fā)出的熱量能穿透被測樣品內部相對較大的空間，從而獲取的數據更能反映整塊電池的綜合性能。
另外，由于電池表面多數不夠平整，如果使用雙面測試方法較難保證樣品與探頭表面的平整接觸，因此采用單面測試法，使用單塊樣品及泡沫背景材料并施加固定壓力，確保探頭表面與樣品表面的良好接觸。
下表中為兩組客戶的硬殼鋰離子電池的測試結果：
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軸向導熱系數W/mk |
軸向熱擴散系數mm2/s |
徑向導熱系數W/mk |
軸向熱擴散系數mm2/s |
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2.8448 |
1.2209 |
26.249 |
11.266 |
|
2.2164 |
0.9121 |
23.3996 |
9.6294 |
測試表明Hot Disk熱常數分析儀的測試重復性可達到1%以下
Hot Disk熱常數分析儀還可搭配溫控裝置使用，提供在不同溫度/濕度環(huán)境下的熱物性測試。測試具有速度快，重復性高的優(yōu)點，可以廣泛的用于鋰離子電池的質量評測及質量控制領域。
