测量电池的热导率

电池是一种能量存储解决方案，广泛应用于众多消费和工业领域。

随着消费者对环保、可持续交通选择的需求不断增加，电动汽车的性能日益受到重视。与此同时，由于消费者对性能的要求不断提高，便携式电子设备对功耗的需求也越来越大。电池利用了发生在电化学电池中的电化学氧化还原（有时称为 “氧化还原”）反应：

图1. 电化学电池示意图

图2. 电动汽车用锂离子电池

一个简单的电化学电池由两个电极组成，分别称为阴极和阳极，它们在不同的电解质溶液中相互隔开。阴离子可以通过盐桥在两种溶液之间流动，并且电极与电压表相连以测定电势。如果将多个电池串联起来，就形成了一个电池组。通过改变电池的数量或阴阳离子的种类，可以使电池组适用于不同的应用场景。

为什么热导率对电池及其组件很重要？

人们正在投入大量研究，以提高电池系统的能量密度、存储容量和循环速度。然而，提高能量密度、存储容量和循环速度会带来一个后果：产生更多、更快的废热。

图3. 因热管理不佳导致的电池膨胀

这在容易出现热失控问题的电池系统中可能会构成危险，典型的包括锂离子电池，还有铅酸电池和镍镉电池等。热失控已引发多起重大事故，如联合包裹服务公司（UPS）6 号航班坠毁、波音 787 梦想客机起火报道，以及滑板车和手机等娱乐设备自燃，有时甚至是在使用过程中起火。因此，管理和降低这些系统中的热失控风险是安全方面的首要任务。

然而，即使热管理不善的后果没有那么灾难性，也会产生一定代价：电池材料老化通常会导致使用寿命缩短、循环效率降低和存储容量下降，而过热和不良的热管理会加速这种老化。因此，从安全和性能两个角度来看，深入了解电池循环过程中的热物理因素以及涉及的热危害，对于合理、系统地设计有效的热管理系统至关重要。

如何测量电池的热导率？

为了了解能从电池中传递走多少热量，需要对电池结构的基本传热特性有所了解。热导率测量能提供这方面的认知。C-Therm Trident 提供了 MTPS（瞬态平面热源法），只需一个样品，就能快速、轻松地表征候选材料和电解质溶液。Trident 的 TPS 薄膜模块可对固相电解质和盐桥材料进行表征。

这种认知也可从多种技术手段中获益-采用热重分析（TGA）和量热技术来了解热稳定性、热容以及反应热，将有助于测量产生的热量以及材料升温的速度。

图4. Trident 能够使用瞬态平面热源法（MTPS）、瞬态平面热源法（TPS）和针探头法测量热导率

其他热导率测量技术存在速度慢、样品制备困难，以及因模型输入导致的精度限制等问题，而 C - Therm TCi 的优势在于，它以巧妙的方法解决了这一公认的测量难题。C - Therm TCi 帮助客户快速筛选热电材料的制造工艺。C - Therm 的产品支持堪称世界一流。无论是支持现有平台，还是通过薄膜模块等技术进步扩展系统功能，C - Therm 都是值得信赖的。