锂离子电池极片和JR各向导热系数测量计算方法（课堂PPT）

1、1锂离子电池JR各向导热系数的测量与计算方法主讲人：宋兆普2目录 背景说明电芯内部结构极片法向和水平方向导热系数测量方法隔离膜导热系数测量方法JR法向与水平方向导热系数测量方法误差与修正BOL电芯与EOL电芯极片各向导热系数的差别 3背景说明1、动力电池热管理与安全是电池系统集成中的核心技术，热管理系统的优劣能直接影响电池系统的动力性、寿命和整包安全；2、优秀的热管理系统在设计时，离不开仿真分析，利用软件分析的手段，可以有效减少热管理系统设计的时间，降低设计风险，降低后期试验出现问题的概率等等，仿真分析可以显著提高热管理系统设计效率；3、准确的物性输入，是进行准确的仿真的前提条件；对于动力电池

2、热管理系统设计中经常用到的温度场仿真，就需要一个准确的电芯JR的热物性参数输入；4、热物性包括：密度，比热容，各向导热系数（或热扩散系数），接触热阻等；5、本材料仅讲解如何测量与计算电芯JR的各向导热系数；6、随着电芯技术和产品不断更新，笔者发现旧有的经验数据准确程度越来越低，需要更新参数数据库，且不同供应商的电芯产品，其参数存在差别。7、BOL电芯与EOL电芯在热物性上存在差异，因此，为了保证热管理系统在电芯寿命末期各项性能劣化时仍然满足要求，也需要准确测量EOL状态时的电芯热物性参数；4常见电芯JR结构说明方形电芯卷绕式JR圆柱电芯卷绕式JR叠片式JR电芯的法向结构与卷绕式JR方形电芯基本

3、相同，差别在于叠片为正极/隔离膜/负极/ 隔离膜形式堆叠而成，没有卷绕边；卷绕工艺简单成熟，适合大批量生产；目前国内还是以卷绕为主；JR示意图5极片法向导热系数测量方法稳态法测量原理：一维傅里叶导热定律AQd利用稳态法测量极片法向导热系数的试验装置有两种，示意图分别如下：使用时请注意：厚度d1/10最短边长度；恒温冷板均温要求为温差0.2；为了避免边缘漏热影响测试准确性，建议采集样品中心处温度值；多层极片堆叠模式，推荐使用稳态法测试法向导热系数；123456789湿润的极片湿润的极片Fig3.2123456湿润的极片Fig3.16极片法向和水平方向导热系数测量方法瞬态法：激光闪射法，（笔者使用

4、的仪器为耐驰LFA447）1、首先利用精密天平测量出极片的压实密度；2、利用差式扫描量热仪（DSC）测量极片的比热容；3、利用千分尺，测量极片的平均厚度；4、利用激光闪射法，分别测量极片法向和水平方向的热扩散系数；5、利用数学模型拟合（Cowan模型），得出极片法向和水平方向的导热系数；使用时请注意：激光闪射法适合测量单层极片法向和水平方向导热系数测量；单层极片测试推荐使用激光闪射法；因为单层极片厚度很薄，且实际为3层复合材料；多层极片堆叠（比如两层甚至更多）后，由于极片压紧力在JR内与测试夹具下不同，得到的测试结果精度无法保证；7隔离膜导热系数测量与计算隔离膜孔隙率固定，微观结构为海绵状多孔

5、材料；隔离膜无法用DSC准确测量比热，故无法使用激光闪射法测量导热系数；隔离膜在电芯JR内部，充满电解液状态时应为各向导热系数相同；基于以上3点原因，隔离膜可用充满电解液的状态测量其法向导热系数，采用稳态法测试，并将法向测量结果视为其各向导热系数；隔离膜的法向导热系数测试方法，可以参考Fig3.2；测试时请注意以下事项：隔离膜需要充分被电解液润湿；测试样品尽量不要有多余电解液，可采用铝塑膜封装并多次抽空，多次封装的方法减少测试样品中的电解液；8JR法向导热系数直接测量方法JR法向导热系数其实可用考虑使用直接测量的办法JR本身可以视为整体；利用稳态法测量原理和Fig3.2；可以直接测量JR法向导

6、热系数；直接测量出的JR法向方向的导热系数可与理论计算值对比，检查理论计算中忽略的各层之间接触热阻导致的误差大小；1.利用第3步得到的误差，可以提高JR水平方向导热系数的计算结果准确程度；123456789JRJRFig3.29JR法向与水平导热系数计算方法d1d3d2cathodeanoded2separatorseparatorK1K2K3K(normal direction)K210JR法向导热系数计算与修正笔者2013年的测试结果和精度如下：11JR水平方向导热系数计算与修正笔者2013年的测试结果和精度如下： 计算结果已经考虑了各层法向导热系数测试时的误差；JR水平方向导热系数目前笔者只有计算结果，没有测量结果，因为很难准确测量；12本文仅介绍笔者在2013年的测试结果：模拟BOL与EOL电芯JR法向导热系数差别电解液E66C密度1.2g/cm，此款样品完全润