2025-04-26
在当今科技飞速发展的时代，锂电池作为一种高效、便携的储能设备，已广泛应用于我们生活的方方面面。从日常使用的智能手机、笔记本电脑，到电动汽车、储能电站，锂电池凭借其高能量密度、长循环寿命等优势，成为了现代科技不可或缺的一部分。以电动汽车为例，随着全球对环保和可持续发展的重视，新能源汽车市场蓬勃发展，锂电池作为电动汽车的核心动力源，其性能直接影响着车辆的续航里程、充电速度和安全性能。
然而，锂电池在充放电过程中会产生热量，如果这些热量不能及时有效地散发出去，将会导致电池温度升高，进而影响电池的性能、寿命和安全性。当电池温度过高时，可能会引发热失控，导致电池起火甚至爆炸，严重威胁人们的生命财产安全。据不完全统计，近年来全球范围内发生了多起储能电站和电动汽车因锂电池热失控引发的安全事故，这些事故给相关行业带来了巨大的损失，也引起了人们对锂电池安全问题的高度关注。
为了确保锂电池的安全稳定运行，热管理系统应运而生。热管理系统就像是锂电池的 “体温调节器”，它能够通过各种方式对电池进行散热或加热，使电池始终保持在适宜的工作温度范围内。而在热管理系统的设计和优化中，导热系数作为一个关键参数，起着举足轻重的作用。导热系数是指在稳定传热条件下，1m厚的材料，两侧表面的温差为1K（或1℃），在1秒内通过1平方米面积传递的热量，单位为W/（m・K）。它反映了材料传导热量的能力，导热系数越大，材料传导热量就越容易。
对于锂电池来说，准确了解其导热系数，有助于热管理系统的工程师们更好地设计散热结构和选择散热材料。例如，在设计电动汽车的电池热管理系统时，如果能够精确掌握锂电池的导热系数，就可以合理布置冷却管道，优化冷却液的流动路径，提高散热效率，确保电池在各种工况下都能保持在最佳工作温度，从而提升电池的性能和寿命，保障电动汽车的安全行驶。因此，研究和准确测量锂电池的导热系数，对于推动锂电池技术的发展，提高其在各个领域的应用性能，具有重要的现实意义。
稳态法是一种经典的导热系数测试方法，它基于傅立叶导热定律，通过在样品两侧建立稳定的温度梯度，当热量传递达到稳定状态时，根据单位时间内通过单位面积的热量、样品的厚度以及两侧的温度差来计算导热系数。在实际操作中，通常将样品放置在两个平板之间，一个平板作为加热源，另一个平板作为冷却源，通过精确控制加热源和冷却源的温度，使样品内部形成稳定的温度分布，然后利用热流传感器测量通过样品的热流，进而计算出导热系数。
稳态法虽然能够提供较为精确和可靠的数据，特别适用于低至中等导热系数的材料，但在锂电池导热系数测试中，却存在诸多局限性。锂电池的形状和尺寸各异，而稳态法对样品尺寸要求较高，通常需要较大尺寸且形状规则的样品，这使得许多锂电池难以满足测试要求。此外，稳态法达到热平衡状态的时间较长，测试周期长，这对于需要快速获取测试结果的锂电池研发和生产来说，效率较低。并且，稳态法一般只能测量样品的纵向导热系数，无法满足锂电池各向异性导热系数的测试需求 。
热线法是在样品中插入一根热线，通过对热线施加恒定的加热功率，测量热线本身或平行于热线一定距离上的温度随时间上升的关系，从而得到材料的导热系数。闪光法则是利用激光源或闪光氙灯发出的能量脉冲作为热源照射样品表面，样品吸收脉冲光后，背面温度升高，通过红外探测器接收并记录背面温度变化，进而分析得到热扩散系数，再结合材料的热容和密度计算出导热系数 。
这两种方法虽然在某些材料的导热系数测试中具有优势，但对于锂电池来说，却存在明显的不适用性。锂电池内部结构复杂，包含电极、隔膜、电解液等多种材料，热线法插入热线的操作可能会破坏锂电池的内部结构，影响其性能和安全性；而闪光法需要对样品进行单面加热，这对于锂电池这种多层结构且对温度分布敏感的材料来说，难以准确反映其内部的导热特性。
Hot Disk法，也称为热盘法，是将双螺旋形的热线和温度传感器集成在一个薄的绝缘片上，形成一个热盘传感器。测试时，将热盘传感器放置在样品表面或嵌入样品内部，通过对热盘施加一定的加热功率，测量热盘温度随时间的变化，从而计算出样品的导热系数。在实际操作中，将热盘传感器与锂电池样品紧密接触，然后对热盘施加一个短时间的加热脉冲，热盘温度会迅速上升，随着热量向样品中传递，热盘温度逐渐下降，通过记录热盘温度随时间的变化曲线，利用特定的数学模型就可以计算出锂电池的导热系数。
然而，在锂电池导热系数测试中，Hot Disk法存在实验重复性差、测试结果不准确的问题。这主要是因为锂电池的表面通常不平整，且内部存在复杂的电极结构和孔隙，导致热盘传感器与锂电池样品之间的接触难以保证均匀和稳定，从而影响热量的传递和温度的测量，使得测试结果的误差较大。此外，锂电池在充放电过程中，内部的化学成分和结构会发生变化，这也会对Hot Disk法的测试结果产生影响，进一步降低了测试的准确性和可靠性。
3D热物性分析仪（TCA 3DP - 160）法是一种基于红外热像仪测温与三维热数据反演技术的新型导热系数测试方法，在锂电池导热系数测试中展现出独特的优势。其原理是利用柔性电热片对锂电池样品施加脉冲激励，使样品产生瞬态热响应。在加热过程中，热量会在锂电池内部进行三维传导，由于锂电池各部分的导热性能不同，会导致其表面温度呈现出复杂的分布。此时，利用高精度的红外热像仪对锂电池表面的温度分布进行实时测量，获取不同时刻的温度场数据。这些温度场数据包含了锂电池内部导热特性的信息，通过先进的三维热数据反演算法，对测量得到的温度场数据进行处理和分析，就可以反演计算出锂电池在各个方向上的导热系数。
这种方法能够同时测量锂电池的面向和纵向导热系数，全面反映锂电池的各向异性导热特性。并且，由于采用了非接触式的红外测温技术，避免了对锂电池样品的物理损伤，实验重复性好，测试结果准确可靠，为锂电池热管理系统的设计和优化提供了更加全面和准确的数据支持。
两状态法（TCA 2SC - 080）专门用于测试方壳锂电池在不同状态下的各向异性导热系数，它模拟了电池工作时的散热过程，通过记录电池壳体的温度分布及动态变化来计算待测热参数。在测试过程中，首先将方壳锂电池放置在特定的测试装置中，模拟其实际工作时的工况，对锂电池进行充放电操作，使其产生热量。随着热量的产生，锂电池内部的温度逐渐升高，热量会通过电池壳体向周围环境散发。利用高精度的温度传感器阵列，紧密贴合在电池壳体表面，实时记录电池壳体在不同位置和不同时刻的温度分布情况。同时，通过控制测试装置的环境条件，如环境温度、散热条件等，模拟不同的工作状态。
根据记录的温度分布数据以及已知的锂电池几何形状、材料属性等信息，运用专门的热分析算法，就可以计算出锂电池在不同状态下、不同方向上的导热系数。这种方法充分考虑了锂电池在实际工作中的散热情况，能够更加真实地反映锂电池的热性能，为锂电池的热设计和热管理提供了极具价值的数据参考，有助于提高锂电池在实际应用中的安全性和可靠性。
3D热物性分析仪（TCA 3DP - 160）在锂电池导热系数测试中，运用了先进的红外热像仪测温与三维热数据反演技术，其原理如图1所示。在测试时，首先将柔性电热片紧密粘贴在软包锂电池的底部，这就好比给锂电池安装了一个精准的 “热激发器”，为后续的测试提供稳定且可控的热激励 。
当柔性电热片施加脉冲热激励后，瞬间释放的热量会像涟漪一样在锂电池内部扩散开来。此时，利用高精度的红外热像仪对电池上表面进行非接触式测温，红外热像仪就如同一个敏锐的 “温度观察者”，能够快速捕捉到电池上表面每一个细微的温度变化，并实时记录下温度在空间分布及时间演变的数据。这些数据就像是一份详细的 “温度地图”，包含了锂电池内部导热特性的关键信息。
接下来，结合测得的温度数据和被测锂电池的三维热传递数值模型，利用智能优化算法进行热参数反演计算。这个过程就像是一场精密的 “数字解谜”，通过对大量温度数据的深入分析和复杂的数学运算，能够同时准确求取电池面向与纵向导热系数（kx、kz）。在求解过程中，会不断调整热参数，使得模型预测误差达到最小化，从而得到最接近真实值的导热系数。
在整个测试过程中，样品内部真实的传热路径与数值模型的吻合程度直接决定了测试结果的置信度。而这个指标可以通过反演计算过程生成的误差曲线进行定性评估。误差曲线呈现出独特的 “V” 字形，当形状越尖锐时，代表测量结果的置信度越高，即观测温度对导热系数的偏差越 “敏感”。这就好比用一把高精度的尺子去测量物体，尺子的刻度越精细，测量结果就越准确。当存在加热片不适配或参数设置不合理等情况时，一方面会有不可忽略的热流分量沿铝塑膜进行传导，形成样品表面热流环路，这就像是水流偏离了预定的河道，导致传热路径偏离计算模型，从而降低测量准确性；另一方面，若观测面的温升幅值过小，温度噪声带来的随机误差就会像干扰信号一样，导致测量精度下降 。
两状态法（TCA 2SC - 080）主要用于测试方壳锂电池在不同状态下的各向异性导热系数，其原理基于红外热像仪非接触式测温与非均质传热模型反演，为解决方壳锂电池热参数测量问题提供了创新的解决方案。
方壳锂电池具有典型的核壳结构，是一种非均质样品。其内部卷芯与外部铝壳之间的导热系数差异巨大，就像两种截然不同的导热 “世界”，铝壳的热屏蔽效应会让许多常规的软包电池测试方法失效。而且，卷芯与壳体之间的接触热阻也是影响单体传热的关键因素，如同一个隐藏在热传递路径上的 “阻碍关卡”，需要同时进行测试评估 。
为了简化计算且不改变电池传热规律，可将方形电池巧妙地简化为金属外壳和内部芯片两部分组成的非均质等效模型，如图2所示。在这个模型中，芯体热特性表现为正交各向异性，就像一个具有不同导热 “性格” 的结构体，在不同方向上的导热能力有所差异；而壳体则为均质，且其热物性参数是已知的。该非均质模型存在四个关键参数，分别是芯体导热系数，包括面向导热系数kin、纵向导热系数kcr；以及接触面换热系数，即芯体和壳体（大面）换热系数hxy、芯体与壳体（冷却面）换热系数hyz 。
两状态法的核心思想是高度模拟电池工作时电芯自发热，并向壳体及冷板散热的真实过程。因为壳体的散热速率就像一个 “热传递仪表盘”，它取决于芯体导热系数与接触热阻，所以可以通过仔细观测壳体温度分布及动态变化来计算待测热参数。
整个实验过程主要分为 “储热” 和 “放热” 两个紧密相连的阶段，如图3a所示。在储热阶段，就像是给电池 “储存能量”，将电池放置于温度为T0的恒温环境中，让电池充分吸收热量，直至样品达到热平衡状态，此时电池内部的温度分布相对均匀稳定。接着进入放热阶段，开启冷板内冷却水，就像打开了一个 “热阀门”，使壳体冷却面温度从T0迅速阶跃变化为T1（T1<T0） 。同时，利用红外热像仪这个 “温度摄影师”，精准记录电池外壳最大面温度场演变过程，如图3b所示。这些记录下来的空间与时间分布的温度数据，就像是一份珍贵的 “热传递档案”，蕴含着电池热参数的奥秘 。
将热像仪记录的这些温度数据输入非均质传热模型进行反演，就像是在一个复杂的 “热数据库” 中寻找答案，通过一系列复杂的数学运算和模型分析，可计算得到方形锂电池的4个热参数（kin、kcr、hxy、hyz）。此外，利用上述计算得到的参数，并基于仿真结果设定均质模型等效评估条件，还可以进一步计算得到方形电池等效面向导热系数kin - uni与等效纵向导热系数kcr - uni，从而更全面地了解方形锂电池的热性能 。
锂电池的材料组成对其导热系数有着直接且关键的影响。不同的电极材料，由于其原子结构和电子云分布的差异，导致它们在传导热量时的能力各不相同。例如，石墨作为一种常用的负极材料，具有良好的导电性和一定的导热性，其层状结构使得热量能够在层间相对容易地传导 。而一些新型的高容量负极材料，虽然在能量密度方面表现出色，但导热性能可能相对较弱，这就会影响整个锂电池的热传导效率 。
电解液作为电池内部离子传输的介质，其导热系数也不容忽视。常见的电解液多为有机溶剂与锂盐的混合物，这些有机溶剂的分子结构和热运动特性决定了电解液的导热能力。一般来说，低粘度、高沸点的电解液，在保证良好离子导电性的同时，能够在一定程度上提高电池的导热性能，促进热量在电池内部的均匀分布 。
隔膜材料在锂电池中起着隔离正负极、防止短路的重要作用，同时也对导热系数产生影响。目前常用的聚烯烃类隔膜，具有较高的化学稳定性和机械强度，但导热系数相对较低。为了改善这一情况，研究人员通过在隔膜表面涂覆高导热材料，如陶瓷颗粒、纳米纤维等，来提高隔膜的导热性能，增强电池的热管理能力 。
温度的变化就像一只无形的手，深刻地改变着材料的物理状态和分子运动，进而对锂电池的导热系数产生显著影响 。当温度升高时，材料中的分子热运动加剧，分子间的碰撞频率增加，这使得热量传递的载体 —— 声子的散射几率增大。声子是晶格振动的能量量子，在导热过程中起着重要作用，声子散射几率的增加会阻碍热量的有效传递，从而导致材料的导热系数下降 。
以锂电池中的电解液为例，在高温环境下，电解液的粘度会降低，分子间的相互作用力减弱，这使得离子在其中的迁移速度加快，但同时也会导致电解液的热稳定性变差，容易发生分解等化学反应。这些变化会改变电解液的微观结构和物理性质，进而影响其导热性能，使得电池内部的热量传递变得更加复杂 。
电池的结构设计是影响其整体导热性能的重要因素，其中电芯的排列方式就像是搭建一座 “热传导大厦” 的框架，起着基础性的作用 。在常见的电池模组中，电芯可以采用串联、并联或混联的方式进行连接，不同的连接方式会导致电芯之间的热传递路径和热阻不同。例如，在串联排列的电芯中，热量需要依次通过各个电芯进行传递，这种情况下，电芯之间的接触热阻会对整体导热性能产生较大影响，如果接触不良，就会形成明显的热阻，阻碍热量的传导 。
而并联排列的电芯，虽然可以使电流分布更加均匀，但在热管理方面，由于各个电芯的散热情况可能存在差异，容易导致局部温度过高或过低，影响电池组的一致性和整体性能 。此外，电池的外壳材料也如同大厦的外墙，对电池的散热起着关键作用。金属外壳具有良好的导热性能，能够快速将电池内部产生的热量传导出去，但同时也存在重量较大、成本较高的问题；而塑料外壳则重量轻、成本低，但导热性能相对较差，不利于电池的散热 。因此，在电池结构设计中，需要综合考虑各种因素，选择合适的电芯排列方式和外壳材料，以优化电池的导热性能，确保电池在各种工况下都能稳定、安全地运行 。
锂电池导热系数的准确测量对于电池热管理系统的设计和优化至关重要，直接关系到锂电池的性能、寿命和安全性。通过对多种检测方法的分析和比较，我们发现不同的方法各有优劣，其中3D热物性分析仪（TCA 3DP - 160）法和两状态法（TCA 2SC - 080）在锂电池导热系数测试中展现出独特的优势，能够更全面、准确地反映锂电池的各向异性导热特性 。
随着锂电池技术的不断发展和应用领域的不断拓展，对其导热系数检测技术也提出了更高的要求。未来，检测技术有望朝着更加精准、高效、智能化的方向发展。例如，进一步优化测试算法，提高测试精度和效率；开发更加智能化的测试设备，实现自动化测试和数据分析；研究多物理场耦合下的导热系数测试方法，更真实地模拟锂电池的实际工作环境 。
合肥格朗检测科技有限公司始终致力于锂电池检测技术的研究和创新，将持续关注行业发展动态，不断探索和应用新的检测技术和方法，为客户提供更加优质、全面的锂电池导热系数检测服务，助力锂电池产业的安全、高效发展。欢迎访问我们的官网www.gelang-testing.com了解更多相关信息。
我要测试
锂电池热失控实验全解析：从实验室数据到安全防护指南
2025-04-26
锂电池导热系数：重要性初窥
在当今科技飞速发展的时代，锂电池作为一种高效、便携的储能设备，已广泛应用于我们生活的方方面面。从日常使用的智能手机、笔记本电脑，到电动汽车、储能电站，锂电池凭借其高能量密度、长循环寿命等优势，成为了现代科技不可或缺的一部分。以电动汽车为例，随着全球对环保和可持续发展的重视，新能源汽车市场蓬勃发展，锂电池作为电动汽车的核心动力源，其性能直接影响着车辆的续航里程、充电速度和安全性能。
然而，锂电池在充放电过程中会产生热量，如果这些热量不能及时有效地散发出去，将会导致电池温度升高，进而影响电池的性能、寿命和安全性。当电池温度过高时，可能会引发热失控，导致电池起火甚至爆炸，严重威胁人们的生命财产安全。据不完全统计，近年来全球范围内发生了多起储能电站和电动汽车因锂电池热失控引发的安全事故，这些事故给相关行业带来了巨大的损失，也引起了人们对锂电池安全问题的高度关注。
为了确保锂电池的安全稳定运行，热管理系统应运而生。热管理系统就像是锂电池的 “体温调节器”，它能够通过各种方式对电池进行散热或加热，使电池始终保持在适宜的工作温度范围内。而在热管理系统的设计和优化中，导热系数作为一个关键参数，起着举足轻重的作用。导热系数是指在稳定传热条件下，1m厚的材料，两侧表面的温差为1K（或1℃），在1秒内通过1平方米面积传递的热量，单位为W/（m・K）。它反映了材料传导热量的能力，导热系数越大，材料传导热量就越容易。
对于锂电池来说，准确了解其导热系数，有助于热管理系统的工程师们更好地设计散热结构和选择散热材料。例如，在设计电动汽车的电池热管理系统时，如果能够精确掌握锂电池的导热系数，就可以合理布置冷却管道，优化冷却液的流动路径，提高散热效率，确保电池在各种工况下都能保持在最佳工作温度，从而提升电池的性能和寿命，保障电动汽车的安全行驶。因此，研究和准确测量锂电池的导热系数，对于推动锂电池技术的发展，提高其在各个领域的应用性能，具有重要的现实意义。
检测方法大盘点
稳态法
稳态法是一种经典的导热系数测试方法，它基于傅立叶导热定律，通过在样品两侧建立稳定的温度梯度，当热量传递达到稳定状态时，根据单位时间内通过单位面积的热量、样品的厚度以及两侧的温度差来计算导热系数。在实际操作中，通常将样品放置在两个平板之间，一个平板作为加热源，另一个平板作为冷却源，通过精确控制加热源和冷却源的温度，使样品内部形成稳定的温度分布，然后利用热流传感器测量通过样品的热流，进而计算出导热系数。
稳态法虽然能够提供较为精确和可靠的数据，特别适用于低至中等导热系数的材料，但在锂电池导热系数测试中，却存在诸多局限性。锂电池的形状和尺寸各异，而稳态法对样品尺寸要求较高，通常需要较大尺寸且形状规则的样品，这使得许多锂电池难以满足测试要求。此外，稳态法达到热平衡状态的时间较长，测试周期长，这对于需要快速获取测试结果的锂电池研发和生产来说，效率较低。并且，稳态法一般只能测量样品的纵向导热系数，无法满足锂电池各向异性导热系数的测试需求 。
非稳态法
热线法与闪光法
热线法是在样品中插入一根热线，通过对热线施加恒定的加热功率，测量热线本身或平行于热线一定距离上的温度随时间上升的关系，从而得到材料的导热系数。闪光法则是利用激光源或闪光氙灯发出的能量脉冲作为热源照射样品表面，样品吸收脉冲光后，背面温度升高，通过红外探测器接收并记录背面温度变化，进而分析得到热扩散系数，再结合材料的热容和密度计算出导热系数 。
这两种方法虽然在某些材料的导热系数测试中具有优势，但对于锂电池来说，却存在明显的不适用性。锂电池内部结构复杂，包含电极、隔膜、电解液等多种材料，热线法插入热线的操作可能会破坏锂电池的内部结构，影响其性能和安全性；而闪光法需要对样品进行单面加热，这对于锂电池这种多层结构且对温度分布敏感的材料来说，难以准确反映其内部的导热特性。
Hot Disk法
Hot Disk法，也称为热盘法，是将双螺旋形的热线和温度传感器集成在一个薄的绝缘片上，形成一个热盘传感器。测试时，将热盘传感器放置在样品表面或嵌入样品内部，通过对热盘施加一定的加热功率，测量热盘温度随时间的变化，从而计算出样品的导热系数。在实际操作中，将热盘传感器与锂电池样品紧密接触，然后对热盘施加一个短时间的加热脉冲，热盘温度会迅速上升，随着热量向样品中传递，热盘温度逐渐下降，通过记录热盘温度随时间的变化曲线，利用特定的数学模型就可以计算出锂电池的导热系数。
然而，在锂电池导热系数测试中，Hot Disk法存在实验重复性差、测试结果不准确的问题。这主要是因为锂电池的表面通常不平整，且内部存在复杂的电极结构和孔隙，导致热盘传感器与锂电池样品之间的接触难以保证均匀和稳定，从而影响热量的传递和温度的测量，使得测试结果的误差较大。此外，锂电池在充放电过程中，内部的化学成分和结构会发生变化，这也会对Hot Disk法的测试结果产生影响，进一步降低了测试的准确性和可靠性。
3D热物性分析仪（TCA 3DP - 160）法
3D热物性分析仪（TCA 3DP - 160）法是一种基于红外热像仪测温与三维热数据反演技术的新型导热系数测试方法，在锂电池导热系数测试中展现出独特的优势。其原理是利用柔性电热片对锂电池样品施加脉冲激励，使样品产生瞬态热响应。在加热过程中，热量会在锂电池内部进行三维传导，由于锂电池各部分的导热性能不同，会导致其表面温度呈现出复杂的分布。此时，利用高精度的红外热像仪对锂电池表面的温度分布进行实时测量，获取不同时刻的温度场数据。这些温度场数据包含了锂电池内部导热特性的信息，通过先进的三维热数据反演算法，对测量得到的温度场数据进行处理和分析，就可以反演计算出锂电池在各个方向上的导热系数。
这种方法能够同时测量锂电池的面向和纵向导热系数，全面反映锂电池的各向异性导热特性。并且，由于采用了非接触式的红外测温技术，避免了对锂电池样品的物理损伤，实验重复性好，测试结果准确可靠，为锂电池热管理系统的设计和优化提供了更加全面和准确的数据支持。
两状态法（TCA 2SC - 080）
两状态法（TCA 2SC - 080）专门用于测试方壳锂电池在不同状态下的各向异性导热系数，它模拟了电池工作时的散热过程，通过记录电池壳体的温度分布及动态变化来计算待测热参数。在测试过程中，首先将方壳锂电池放置在特定的测试装置中，模拟其实际工作时的工况，对锂电池进行充放电操作，使其产生热量。随着热量的产生，锂电池内部的温度逐渐升高，热量会通过电池壳体向周围环境散发。利用高精度的温度传感器阵列，紧密贴合在电池壳体表面，实时记录电池壳体在不同位置和不同时刻的温度分布情况。同时，通过控制测试装置的环境条件，如环境温度、散热条件等，模拟不同的工作状态。
根据记录的温度分布数据以及已知的锂电池几何形状、材料属性等信息，运用专门的热分析算法，就可以计算出锂电池在不同状态下、不同方向上的导热系数。这种方法充分考虑了锂电池在实际工作中的散热情况，能够更加真实地反映锂电池的热性能，为锂电池的热设计和热管理提供了极具价值的数据参考，有助于提高锂电池在实际应用中的安全性和可靠性。
检测原理深度剖析
3D热物性分析仪原理详解
3D热物性分析仪（TCA 3DP - 160）在锂电池导热系数测试中，运用了先进的红外热像仪测温与三维热数据反演技术，其原理如图1所示。在测试时，首先将柔性电热片紧密粘贴在软包锂电池的底部，这就好比给锂电池安装了一个精准的 “热激发器”，为后续的测试提供稳定且可控的热激励 。
当柔性电热片施加脉冲热激励后，瞬间释放的热量会像涟漪一样在锂电池内部扩散开来。此时，利用高精度的红外热像仪对电池上表面进行非接触式测温，红外热像仪就如同一个敏锐的 “温度观察者”，能够快速捕捉到电池上表面每一个细微的温度变化，并实时记录下温度在空间分布及时间演变的数据。这些数据就像是一份详细的 “温度地图”，包含了锂电池内部导热特性的关键信息。
接下来，结合测得的温度数据和被测锂电池的三维热传递数值模型，利用智能优化算法进行热参数反演计算。这个过程就像是一场精密的 “数字解谜”，通过对大量温度数据的深入分析和复杂的数学运算，能够同时准确求取电池面向与纵向导热系数（kx、kz）。在求解过程中，会不断调整热参数，使得模型预测误差达到最小化，从而得到最接近真实值的导热系数。
在整个测试过程中，样品内部真实的传热路径与数值模型的吻合程度直接决定了测试结果的置信度。而这个指标可以通过反演计算过程生成的误差曲线进行定性评估。误差曲线呈现出独特的 “V” 字形，当形状越尖锐时，代表测量结果的置信度越高，即观测温度对导热系数的偏差越 “敏感”。这就好比用一把高精度的尺子去测量物体，尺子的刻度越精细，测量结果就越准确。当存在加热片不适配或参数设置不合理等情况时，一方面会有不可忽略的热流分量沿铝塑膜进行传导，形成样品表面热流环路，这就像是水流偏离了预定的河道，导致传热路径偏离计算模型，从而降低测量准确性；另一方面，若观测面的温升幅值过小，温度噪声带来的随机误差就会像干扰信号一样，导致测量精度下降 。
两状态法原理深挖
两状态法（TCA 2SC - 080）主要用于测试方壳锂电池在不同状态下的各向异性导热系数，其原理基于红外热像仪非接触式测温与非均质传热模型反演，为解决方壳锂电池热参数测量问题提供了创新的解决方案。
方壳锂电池具有典型的核壳结构，是一种非均质样品。其内部卷芯与外部铝壳之间的导热系数差异巨大，就像两种截然不同的导热 “世界”，铝壳的热屏蔽效应会让许多常规的软包电池测试方法失效。而且，卷芯与壳体之间的接触热阻也是影响单体传热的关键因素，如同一个隐藏在热传递路径上的 “阻碍关卡”，需要同时进行测试评估 。
为了简化计算且不改变电池传热规律，可将方形电池巧妙地简化为金属外壳和内部芯片两部分组成的非均质等效模型，如图2所示。在这个模型中，芯体热特性表现为正交各向异性，就像一个具有不同导热 “性格” 的结构体，在不同方向上的导热能力有所差异；而壳体则为均质，且其热物性参数是已知的。该非均质模型存在四个关键参数，分别是芯体导热系数，包括面向导热系数kin、纵向导热系数kcr；以及接触面换热系数，即芯体和壳体（大面）换热系数hxy、芯体与壳体（冷却面）换热系数hyz 。
两状态法的核心思想是高度模拟电池工作时电芯自发热，并向壳体及冷板散热的真实过程。因为壳体的散热速率就像一个 “热传递仪表盘”，它取决于芯体导热系数与接触热阻，所以可以通过仔细观测壳体温度分布及动态变化来计算待测热参数。
整个实验过程主要分为 “储热” 和 “放热” 两个紧密相连的阶段，如图3a所示。在储热阶段，就像是给电池 “储存能量”，将电池放置于温度为T0的恒温环境中，让电池充分吸收热量，直至样品达到热平衡状态，此时电池内部的温度分布相对均匀稳定。接着进入放热阶段，开启冷板内冷却水，就像打开了一个 “热阀门”，使壳体冷却面温度从T0迅速阶跃变化为T1（T1<T0） 。同时，利用红外热像仪这个 “温度摄影师”，精准记录电池外壳最大面温度场演变过程，如图3b所示。这些记录下来的空间与时间分布的温度数据，就像是一份珍贵的 “热传递档案”，蕴含着电池热参数的奥秘 。
将热像仪记录的这些温度数据输入非均质传热模型进行反演，就像是在一个复杂的 “热数据库” 中寻找答案，通过一系列复杂的数学运算和模型分析，可计算得到方形锂电池的4个热参数（kin、kcr、hxy、hyz）。此外，利用上述计算得到的参数，并基于仿真结果设定均质模型等效评估条件，还可以进一步计算得到方形电池等效面向导热系数kin - uni与等效纵向导热系数kcr - uni，从而更全面地了解方形锂电池的热性能 。
影响因素面面观
材料热特性
锂电池的材料组成对其导热系数有着直接且关键的影响。不同的电极材料，由于其原子结构和电子云分布的差异，导致它们在传导热量时的能力各不相同。例如，石墨作为一种常用的负极材料，具有良好的导电性和一定的导热性，其层状结构使得热量能够在层间相对容易地传导 。而一些新型的高容量负极材料，虽然在能量密度方面表现出色，但导热性能可能相对较弱，这就会影响整个锂电池的热传导效率 。
电解液作为电池内部离子传输的介质，其导热系数也不容忽视。常见的电解液多为有机溶剂与锂盐的混合物，这些有机溶剂的分子结构和热运动特性决定了电解液的导热能力。一般来说，低粘度、高沸点的电解液，在保证良好离子导电性的同时，能够在一定程度上提高电池的导热性能，促进热量在电池内部的均匀分布 。
隔膜材料在锂电池中起着隔离正负极、防止短路的重要作用，同时也对导热系数产生影响。目前常用的聚烯烃类隔膜，具有较高的化学稳定性和机械强度，但导热系数相对较低。为了改善这一情况，研究人员通过在隔膜表面涂覆高导热材料，如陶瓷颗粒、纳米纤维等，来提高隔膜的导热性能，增强电池的热管理能力 。
温度变化
温度的变化就像一只无形的手，深刻地改变着材料的物理状态和分子运动，进而对锂电池的导热系数产生显著影响 。当温度升高时，材料中的分子热运动加剧，分子间的碰撞频率增加，这使得热量传递的载体 —— 声子的散射几率增大。声子是晶格振动的能量量子，在导热过程中起着重要作用，声子散射几率的增加会阻碍热量的有效传递，从而导致材料的导热系数下降 。
以锂电池中的电解液为例，在高温环境下，电解液的粘度会降低，分子间的相互作用力减弱，这使得离子在其中的迁移速度加快，但同时也会导致电解液的热稳定性变差，容易发生分解等化学反应。这些变化会改变电解液的微观结构和物理性质，进而影响其导热性能，使得电池内部的热量传递变得更加复杂 。
电池结构
电池的结构设计是影响其整体导热性能的重要因素，其中电芯的排列方式就像是搭建一座 “热传导大厦” 的框架，起着基础性的作用 。在常见的电池模组中，电芯可以采用串联、并联或混联的方式进行连接，不同的连接方式会导致电芯之间的热传递路径和热阻不同。例如，在串联排列的电芯中，热量需要依次通过各个电芯进行传递，这种情况下，电芯之间的接触热阻会对整体导热性能产生较大影响，如果接触不良，就会形成明显的热阻，阻碍热量的传导 。
而并联排列的电芯，虽然可以使电流分布更加均匀，但在热管理方面，由于各个电芯的散热情况可能存在差异，容易导致局部温度过高或过低，影响电池组的一致性和整体性能 。此外，电池的外壳材料也如同大厦的外墙，对电池的散热起着关键作用。金属外壳具有良好的导热性能，能够快速将电池内部产生的热量传导出去，但同时也存在重量较大、成本较高的问题；而塑料外壳则重量轻、成本低，但导热性能相对较差，不利于电池的散热 。因此，在电池结构设计中，需要综合考虑各种因素，选择合适的电芯排列方式和外壳材料，以优化电池的导热性能，确保电池在各种工况下都能稳定、安全地运行 。
总结与展望
锂电池导热系数的准确测量对于电池热管理系统的设计和优化至关重要，直接关系到锂电池的性能、寿命和安全性。通过对多种检测方法的分析和比较，我们发现不同的方法各有优劣，其中3D热物性分析仪（TCA 3DP - 160）法和两状态法（TCA 2SC - 080）在锂电池导热系数测试中展现出独特的优势，能够更全面、准确地反映锂电池的各向异性导热特性 。
随着锂电池技术的不断发展和应用领域的不断拓展，对其导热系数检测技术也提出了更高的要求。未来，检测技术有望朝着更加精准、高效、智能化的方向发展。例如，进一步优化测试算法，提高测试精度和效率；开发更加智能化的测试设备，实现自动化测试和数据分析；研究多物理场耦合下的导热系数测试方法，更真实地模拟锂电池的实际工作环境 。
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