软包锂电池导热系数与温度相关性研究-智键科技有限公司

按照封装方式的不同，锂离子电池可以分为软包、方形、圆柱形。其中软包锂电池与我们的日常生活密切相关，被广泛应用于3C电子产品以及新能源汽车领域。本文主要利用TCA 3DP-160 3D热物性分析仪测量软包锂电池导热系数，并研究

了导热系数随电池温度的变化。结果表明，电池面向与纵向导热系数均随温度窄幅上升。

 

为了缓解驾驶里程及快速充电的焦虑，电动汽车电池组的能量密度不断提升，这促使锂离子电池单体的尺寸逐渐趋于大型化。电池尺寸的增大会加剧电池温度分布不均匀，加速电池系统的寿命衰减。因此，对电池组采取有效的热管理措施十

分重要，这就要求工程师能够准确掌握电池的热物性参数。

在锂电池热管理设计与开发过程中，热仿真是主要的辅助开发手段及验证工具。导热系数是热仿真所需的最重要热物性参数之一，直接影响电池的散热特性[1]。软包电池是由铝塑膜、正负极材料、隔膜、集流体和电解质组成的多层复合结

构，电池面向及纵向导热系数均是指其综合导热系数。由于电池材料热特性和复合微结构伴随温度变化，会导致电池综合导热系数值的温度依赖性。因此，在电池正常工况温度范围内，获取电池导热系数随温度变化数据对于提高热管理仿真

的准确性和有效性具有重要意义。

目前行业内对电池导热系数温度依赖性的研究较少，主要原因是缺乏普适、可靠的分析测试手段。本文利用3D热物性分析仪这款新型仪器对该问题进行研究，测定得到了NCM软包电池的纵向和面向导热系数随温度变化趋势。

 

实验部分

 

1.样品准备

 

样品：NCM软包锂电池(65Ah，100%SOC)

 

2.实验条件

 

实验仪器：泰默检测TCA 3DP-160 3D热物性分析仪、仰仪科技BIC-400A 电池等温量热仪

 

工作模式：透射模式

 

实验温度：5℃、10℃、20℃、30℃

 

图1 (a) 3D热物性分析仪；(b) 实验用软包电池样品；(c) 3D热物性分析仪导热系数数据反演分析过程

 

3.测试过程

 

利用仰仪科技BIC-400A等温量热仪在设定温度下测定电池比热容，该数据作为导热系数测试的预设参数

 

 

图2 BIC-400A电池等温量热仪

 

随后将电池放置于3D热物性分析仪测试腔中央位置，填写样品信息、设置相关实验参数后启动测试。仪器自动控温至预设温度，并在电池温度稳定后自动执行电池热激励、三维热数据反演和数据校验等过程，随后软件上直接给出电池面向导

热系数kx和纵向导热系数ky。为消除偶然误差，每个温度点进行4次平行实验。

 

 

图3 (a) 3D热物性分析仪电池样品安装示意图；(b) 3D热物性分析仪操作软件界面

 

实验结果

 

1.比热容

 

如表1所示，样品电池比热容随温度逐渐升高，该结果符合常规变化规律[2]。

 

表1 不同温度下样品锂电池比热容测试结果

 

2. 导热系数

 

实验测得的导热系数如表2和图4所示：

 

 

表2 不同温度下样品锂电池导热系数测试结果

 

 

图4 锂电池的(a)面向与(b)纵向导热系数与温度关系图

 

从表2及图4可以看出，3D热物性分析仪测试导热系数的重复性较好，除5℃下可能由于低温凝露导致偏差稍大外，其他温度条件下4次实验kx和ky的相对标准差均控制在4%以内。同时，可以发现样品锂电池纵向与面向导热系数均随温度小幅

 

升高，该结果与相关文献报道相一致[3-4]。

 

结论

 

利用TCA 3DP-160 3D热物性分析仪可以便捷、高效、准确地测量软包锂电池导热系数，并进行温度等工况影响研究，帮助研究人员优化和完善锂电池热管理设计。