热传导-HD 磷酸锂铁电池热传导测试应用实例

近年来由于NB及手机的充电电池意外频传，一般3C产品都是使用锂钴材料当作正极的锂钴电池，虽然锂钴电池具有高电容量以及高能量密度的优点，可惜安全性还是有待加强，导致大家对于锂钴电池的信任度降低。除了锂钴电池还有许多的锂锰、锂镍、锂钴锰、锂钴镍..等等锂电池，虽然在电容量以及高温特性表现都不错，但是安全性还是不足。

磷酸锂铁电池正极材料是由美国德州大学John Goodenough教授于1997年申请专利，之后将专利独家授权加拿大魁北克水力公司(H&Q)、H&Q又与德国磷肥大厂SUD-CHEMIE合资成立Phostech从事磷酸锂铁粉末的生产。
          磷酸锂铁电池具有使用时不易造成高温、循环寿命长、材料成本低、重要的是以安全性来看是目前所有充电锂电池中较安全的；但相对的也因为其体积能量密度较低及材料导电性较差，所以目前磷酸锂铁电池还是以车用为主，较难使用到3C产品上。

而节能减碳以及环保意识的抬头，使得过去大家对于环保的想法有更新的诠释，汽机车是一项碳排放量非常大的环保项目，目前电动车已经渐渐发展到了可商品化且是一般民众可以接受的价格，这也使得磷酸锂铁电池这种寿命长、安全性高的充电电池有了卓越的成长；有鉴于此，高容量且能稳定供电的电池需求日渐增加，但电池内容的材料热传导系数，一直不容易被量测；Hot Disk利用高弹性化的检测技术，将磷酸锂铁电池的相关材料，进行检测。
  本次测试的磷酸锂铁电池内容物如下：



测试材料因组成较复杂，且厚度不一，所需要使用的检测方式也一并提出做说明： 测试方法：ISO 22007-2 1、电池模组：标准量测法 2、正、负极材料：高热传片状量测法 3、绝缘层：薄膜量测法   标准量测法     热传导量测范围：0.005W/mK ~ 500W/mK。     采用标准量测法进行测量时，Sensor置于两个样品之间，形成类似三明治的结构。本方法适用于各种不同类型的材料，如发泡塑料、发泡橡胶等高度绝缘的聚合物，陶瓷以及金属等高度热导体。通常调整探头的尺寸、测试功率和时间，可以对不同材料进行测试。
高热传片状量测法    
 热传导量测范围：10 W/mK以上     适用材料厚度：0.5 mm~2 mm     高热传片状量测法适用于导热性相对较高的薄层材料。例如，厚度为0.5-2mm，热传导值为18-30W/mK的Al2O3陶瓷，厚度为0.5mm，导热率为130-140W/mK的矽晶圆、厚度为0.5mm，导热率为220W/mK的样品等，皆可以用平板法进行测试。样品通常用绝缘材料或是空气作为衬底，使用标准探头，并在较高的功率和较短的测试时间内进行测量。  
薄膜量测法     
热传导量测范围：10W/mK以下     适用材料厚度：10μm~500μm     薄膜量测法可用于测量纸、织物、布和聚合物薄膜等薄层材料的导热率。根据样品性质的不同，样品的厚度可以从20um到500um，甚至几个毫米，样品的导热率通常较低，小于10W/mK。  通过分析温度对时间曲线的关系图，可以得到薄层材料对热传导性能的影响，从而计算出样品的导热率。      

样品	电池模组	磷酸锂铁	石墨	绝缘层
热传导值(W/mK)	8.274 W/mK	20.72 W/mK	56.34 W/mK	0.9576   W/mK

 
结论         
磷酸锂铁电池所带来的生活改变非常明显尤其是在车用电池上，过去的充电电池中常发生的高温特性在磷酸锂铁电池中的表现却是非常良好，由于磷酸锂铁在材料的使用上可以将充电过程以及使用中产生出来的热有效地散出，具有较好的热传导特性，所以在使用上比较不易造成自燃现象。         
一般电池模组或是散热模组除了热传导的检测之外，也时常会在热流模拟中去检视热的流向，进而可以确定这样的设计可以有效的达到散热的效果，而在使用热流模拟系统时会需要输入各个元件的热传导值，目的是让模拟软体跑出来的热流模拟数据能够更贴近实际的热流走向，因此Hot Disk除了可以帮助在改善材料热传导的应用之外，也可以在使用热流模拟时能够提供更完整的参数，让测试的状况更完整精确。