软包锂电池导热系数测试（3D热物性分析）

服务概述

锂离子软包电池作为动力电池和储能电池的重要封装形式，在能量密度和轻量化方面具有显著优势。然而由于内部多层卷绕或堆叠的微结构，其法向（纵向）导热系数与面向导热系数存在巨大差异，纵向导热系数通常仅为0.3~0.9 W/(m·K)，而面向导热系数可达20~30 W/(m·K)，前者比后者低约两个数量级。这种强烈的各向异性导热特性直接影响电池的充放电效率和热失控蔓延路径，是电池热管理仿真中不可忽视的关键物性参数。

传统的稳态法或Hot Disk法测定软包电池导热系数时，受限于接触热阻、测试周期长和单一方向测量等不足，难以精准表征电池的复杂非均质传热行为。本测试采用的TCA 3DP-160 3D热物性分析仪，基于红外热像仪测温与三维热数据反演技术，能够在一次非破坏性实验中同时获取电池的纵向导热系数（kz）与面向导热系数（kx），是目前行业内测定软包锂电池各向异性导热系数最为有效的测试方案。

核心测试原理：红外热成像 + 三维热传递反演

测试过程中，将特定尺寸的柔性电热片粘贴在软包锂电池底部，施加脉冲热激励。红外热像仪对电池上表面进行非接触测温，记录温度空间分布及时间演变数据。结合温度数据和被测对象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，能够同时求取电池面向与纵向导热系数（kx、kz），求解得到的热参数可以实现模型预测误差最小化。

样品内部真实的传热路径与数值模型的吻合程度决定了测试结果的置信度。理想条件下，加热片释放的热流应穿透电芯垂直传导至上表面；当存在加热片不适配或参数设置不合理等情况时，一方面将存在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，偏离计算模型，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将导致测量精度下降。该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“V”字形，形状越尖锐则代表测量结果的置信度越高。

关键测试参数速览

个性化测试方案定制

根据样品尺寸特点选择不同规格的加热片和加热方案，是获得准确测试结果的关键前提。以下为针对3种典型软包电池的参考方案：

测试条件与样品要求

• 测试环境：恒温恒湿环境，避免气流扰动影响红外测温精度。
• 样品表面要求：上表面须可接受黑体漆喷涂处理（不影响电芯内部化学性能），铝塑膜表面平整无褶皱。
• 样品尺寸范围：从小型3.5Ah手机电池到大型25Ah储能电池均可适配，最大长边建议不超过200mm。
• 样品状态：推荐指定SOC状态下测试（如100% SOC），以获取与实际应用工况一致的热物性数据。
• 变温测试：如需温度依赖性数据，测试可在多个环境温度点（如15℃、25℃、35℃、45℃）分批进行。

交付物与报告

试验完成后，您将获得一份专业三维热物性测试报告，内容包括：

• 样品完整信息与加热方案记录。
• 面向导热系数（kx）与纵向导热系数（kz）结果表。
• 预测误差空间分布图与导热系数误差曲线图（验证测量置信度）。
• 样品上表面温度时变曲线（仿真与实测对比）。
• 变多温度点下的各向异性导热系数趋势曲线（如选做变温测试）。
• 试验结论与热仿真应用指导。

关联服务

• 绝热/等温环境锂电池充放电产热功率测试
• 锂电池宽温域变温比热容测试（差示绝热追踪法）
• 方壳/硬壳电池导热系数测定（两状态法）
• 电池热失控产气测试（ARC-MS/GC联用）
• 电池热管理仿真与散热方案优化

参考标准

• GB/T 36276-2023 电力储能用锂离子电池
• ISO 22007-2 塑料热传导率和热扩散率的测定第2部分：瞬态平面热源（热盘）法
• ASTM E1461 闪光法测定固体热扩散率标准试验方法

TCA 3DP-160/TCA 2S-080

1. 样品准备与表面处理：记录软包电芯的尺寸、质量、正极材料类型及SOC状态。在电池上表面喷涂均匀高发射率黑体漆，确保红外测温发射率一致。

2. 加热片选型与粘贴：根据样品尺寸匹配合适规格的柔性电热片。通常长边/厚度比值较大的常规电池选用标配54mm×36mm加热片；厚度较大的样品选用加大规格（108mm×36mm）以增强热流穿透并防止热量沿铝塑膜面内过度扩散形成热流环路；小尺寸手机电池则选用32mm×22mm加热片。将电热片紧密粘贴在软包锂电池底部，确保无空气间隙。

3. 腔体装载与定位：将组装好的样品通过绝热夹具固定于分析仪腔体内，避免强制散热干扰。连接电源线与测温线束，确认热电偶贴合于加热面及上表面中心点。

4. 参数设定与热激励：根据样品尺寸与加热片规格，设定加热功率、加热时长及加热周期。

   • 常规15Ah电池：加热功率8W，加热时间30s，加热周期1个。

   • 大厚度25Ah电池：加热功率8W，加热时间60s，加热周期3个。

   • 小尺寸3.5Ah电池：加热功率2W，加热时间15s，加热周期1个。

5. 红外温度场采集：启动热激励后，红外热像仪对电池上表面进行非接触测温，全程高帧率记录温度空间分布及时间演变数据。

6. 多参数反演计算：将温度数据导入软件，结合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，同时求解出面向导热系数（kx）与纵向导热系数（kz）。通过预测误差空间分布图和“V”字形误差曲线定性评估测量置信度。

7. 变温测试（视需） ：在不同环境温度点（如15℃、25℃、35℃、45℃）重复测试，获取导热系数的温度依赖性数据，绘制变温趋势曲线。

1. 为消除红外测温误差及环境反射干扰，电池上表面必须进行高发射率黑体漆喷涂预处理，且漆面需覆盖整个观测区域[0†L9]。

2. 电池样品的长边/厚度比值直接影响测试方案选择。比值较大（>20）的常规软包电池热流能够快速穿透电池，可适当降低加热功率或缩短加热时间，避免上表面温度扩散范围过大、偏离计算模型产生热流环路。

3. 加热片尺寸对热传导路径影响十分显著。加热片过小将导致上表面温升幅值过低，温度噪声带来的随机误差会严重降低测量精度；加热片过大则存在不可忽略的热流分量沿铝塑膜面内传导，偏离数值传热模型的理想假设，降低测量准确性。

4. 对于厚度较大的电池，需选用更大面积的加热片以保证足够的热流能够穿透电芯到达上表面，但同时应配合多周期加热方案以增强红外采样信噪比。

5. 被测电芯的热电偶及电源引线需确保自然松弛状态，以免对微米级的热形变测量造成应力干扰。

6. 软件反演收敛后，应检查预测误差空间分布图——高质量测试的结果应表现为观测面各点预测值与实测值偏差均低于0.2℃，且面向和纵向导热系数的误差曲线均呈现尖锐的“V”字形，底部清晰。