一文护航锂电池导热系数测试的意义与实践做到精准测热

一文护航锂电池导热系数测试的意义与实践做到精准测热

一、杭州焦耳锂电池导热系数测试  

杭州焦耳智能科技有限公司推出的TCALIB700锂电池热参数测试仪，是专门针对锂电池电芯热传导相关参数进行测试的专用设备。该公司拥有一支由多名C9高校毕业博士组成的研发团队，专注于量热仪器研发。  

1.锂电池导热系数测试原理与方法  

核心原理：采用储热-放热两状态法+三维非稳态传热反演算法（焦耳自研）。  

锂电池为正交各向异性多层复合结构，面向（极片堆叠平面）与纵向（厚度方向）导热系数差异极大，常规单点测温设备无法同步测出双方向参数。  

两阶段热激励机制：  

储热阶段：恒温腔体将锂电池整体加热至均匀初始温度，电池内部电芯、外壳完成全域热平衡，消除初始温差干扰；  

放热阶段：设备底部水冷冷板快速阶跃降温，电池底部形成稳定低温边界，电芯内部热量持续向冷板传导，外壳表面形成连续温度梯度场。  

红外非接触全域测温：搭载高分辨率红外热像仪，无接触采集电池全表面空间温度分布及全程温度时序变化曲线，区别于传统单点热电偶测温。  

三维数值反演求解：内置电池非均质有限元传热模型，区分铝壳/铝塑膜外壳、叠片卷芯两大结构，将红外采集的动态温度场导入算法，同步反演4组核心热参数。  

2.性能与技术规格  

指标分类项目规格参数  

仪器指标控温范围0~60℃  

仪器指标面向/轴向导热系数范围5~50W/(m·K)  

仪器指标纵向/径向导热系数范围0.3~3.0W/(m·K)  

仪器指标热像仪测温空间分辨力<0.5mm  

仪器指标热像仪最高帧频10Hz  

仪器指标热像仪测温实时校正精度0.1℃  

最大尺寸宽度700mm  

最大尺寸方形/软包锂电池高度300mm  

最大尺寸软包锂电池厚度15mm  

最大尺寸方形锂电池厚度80mm  

最大尺寸圆柱形锂电池直径80mm  

设备核心优势：  

适合各向异性样品：锂电池卷芯面向和纵向导热系数相差1~2个数量级，TCALIB可同时获取高分辨温度空间分布及其时间演变，保证两个方向的测试灵敏度；  

支持非均质结构：方形锂电池铝壳热参数与卷芯相差1~2个数量级，TCALIB内置非均质电池模型，可修正外壳导热影响，同时评估外壳和卷芯接触热阻；  

兼容不同规格电池：支持软包、方形、圆柱形等各种封装；  

支持多种冷却模式：包括底部冷却、侧面冷却、顶部冷却等。  

测量重复性误差＜3%，无需破坏电池。  
 

3.锂电池导热系数测试作用与价值  

（1）电池安全层面：预判热失控风险  

导热系数直接决定电芯产热能否快速导出。厚度方向导热过低会造成内部热量堆积，快充、高温工况下局部温度骤升，可能引发隔膜收缩、电解液分解甚至热失控爆炸。通过测试可筛选高导热极片、隔热隔膜、散热垫片，阻断热蔓延路径。  

（2）热管理系统设计支撑  

整车PACK、储能液冷/风冷方案仿真必须输入精准导热参数。区分面内、厚度双向导热数据，可精准计算电芯温升、温差，优化水冷板布置、导热硅胶垫厚度、电芯间隙，避免模组温差过大导致容量衰减和一致性变差。  

（3）材料研发与配方筛选  

正负极材料可对比不同导电剂（碳纳米管、石墨烯）添加比例对导热性能的提升效果；隔膜/电解液可区分高导热散热隔膜与低导热阻燃隔膜，匹配不同安全需求。  

（4）为热仿真建模提供基础数据  

测试结果包括卷芯面向和纵向导热系数、卷芯和外壳接触热阻、总体等效导热系数等，为热仿真建模提供准确的基础热物性数据。  

4.安装与使用  

测试前准备：  

外观检查：锂电池无鼓包、漏液、破损，极柱绝缘防护到位，记录电池型号、容量、尺寸、SOC状态；  

环境校准：开机预热设备30min，设定腔体基础恒温温度（常规25℃/45℃/60℃工况可选），水冷机组开启，校准红外热像仪测温精度；  

样品放置：将电池平整置于设备水冷冷板平台，底部贴合导热硅胶垫消除接触热阻，固定限位工装防止位移，遮挡无关热源避免红外干扰。  

储热均衡阶段：  

软件录入样品参数：电池长宽厚、外壳材质、电芯叠片层数、密度、比热容；  

设置储热目标温度与保温时长，设备封闭恒温腔体自动加热；  

系统判定全域温差＜0.1℃时，自动结束储热，进入放热测试阶段。  

放热热激励与红外数据采集：  

冷板启动阶跃冷却，快速降低底面温度，建立稳定上下温差传热通道；  

红外热像仪持续拍摄，每秒采集多帧全域温度云图，同步存储温度-时间、温度-坐标全部原始数据。  

数据反演计算与参数输出：  

内置三维传热算法自动导入全部测温数据，分离外壳与电芯传热贡献；  

自动生成报告：面向导热系数、纵向导热系数、芯壳接触热阻、等效整体导热系数、温度变化曲线、红外温度云图；  

支持多组样品平行测试，批量导出Excel原始数据、PDF检测报告，可对接电池热仿真软件。  

测试后收尾：  

腔体升温恢复常温，取出电池，清理冷板导热垫片；  

导出、归档测试数据，关闭水冷、红外相机、主机电源。  

5.使用注意事项  

（一）温度控制  

在整个测试过程中，要精确控制测试环境温度。因为温度对锂电池材料的导热性能有显著影响，不同温度下电池材料的热导率会发生变化。一般需在恒温环境下测试，并对温度传感器进行校准。  

（二）接触热阻控制  

样品与测试设备之间的接触热阻可能对测试结果产生较大影响。安装样品时要采取措施减小接触热阻，例如使用导热性能良好的导热膏或通过适当压力保证紧密接触。对于锂电池，因其材料特殊性，更要注意接触热阻控制，避免因接触不良导致测量结果偏差过大。  

（三）样品要求  

确保样品表面干净平整，无明显损坏或污染。测试前需检查锂电池无鼓包、漏液、破损。  

（四）测试重复性  

为保证结果可靠性，需进行多次重复测试。每次测试前要检查测试设备和样品状态，确保测试条件一致。  

（五）设备维护  

每次使用后应清洁测试仪表面，特别是传热面和试样接触部位，使用无绒布和适量清洁剂（如酒精）轻轻擦拭。  

（六）环境要求  

确保仪器处于稳定的工作环境中，避免温度和湿度波动对测试结果产生影响。