Hot Disk TPS熱常數(shù)分析儀應(yīng)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(dǎo)致，因此電池的熱物性研究也越來越多的被關(guān)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(shù)分析儀的各向異性模塊快速并準(zhǔn)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(dǎo)熱系數(shù)（W/mk）以及熱擴散系數(shù)（mm2/s）。
圖1. TPS 2500S型號熱常數(shù)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(shù)可以通過Hot Disk的比熱模塊，或者使用其他原理的設(shè)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(jù)樣品容器在放置電池樣品之前及之后吸收熱量的差值準(zhǔn)確的計算出整個樣品的比熱值。
測試參數(shù)及結(jié)果的描述如下：
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樣品名稱 |
測試模塊 |
質(zhì)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(shù)具有結(jié)構(gòu)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(nèi)部相對較大的空間，從而獲取的數(shù)據(jù)更能反映整塊電池的綜合性能。
另外，由于電池表面多數(shù)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(jié)果：
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軸向?qū)嵯禂?shù)W/mk |
軸向熱擴散系數(shù)mm2/s |
徑向?qū)嵯禂?shù)W/mk |
軸向熱擴散系數(shù)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 |
測試表明Hot Disk熱常數(shù)分析儀的測試重復(fù)性可達到1%以下
Hot Disk熱常數(shù)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(fù)性高的優(yōu)點，可以廣泛的用于鋰離子電池的質(zhì)量評測及質(zhì)量控制領(lǐng)域。
