热传导-TC 使用Hot Cell™传感器测试圆柱形、纽扣式和软包电池的比热容
此篇应用说明主要介绍Hot Disk创新的 Hot Cell™传感器 的开发和应用，专为测试各种现代电池而设计，包括圆柱形电池、纽扣电池、软包电池和棱柱电池。
Hot Disk的Hot Cell™传感器
Hot Cell™传感器可以直接且非常准确地测量任何复杂结构或几何形状样品的比热容（Cp）。与差示扫描量热法（DSC）不同，Hot Cell™方法可以测试所有几何形状的比热容，包括立体样品或组件。Hot Cell方法因此能够提供完整电池的真实Cp值，包括其外壳、电极、监控电子设备等。
▲图一 展示了Hot Cell™传感器测试纽扣电池(左)、软包电池(中)和圆柱电池(右)的应用
随着向绿色能源的趋势转变，可充电电池作为能量储存组件是非常重要的应用。例如，它们对于延长电动车的行驶里程至关重要。电池性能在不过热的情况下，很大程度上依赖于其有效的热管理。这不仅取决于其各向异性导热性质，还取决于其比热容性质。对于电池制造商来说，准确了解相关的比热容至关重要。
我们展示了使用 Hot Cell 方法测试三种常见电池比热容的简便性：圆柱形电池、纽扣电池和软包电池，使用我们专为电池测试设计的 Hot Cell™ 传感器。这些传感器由一个带盖的铝制电池盒和永久固定在电池底部的 TPS 组件组成。在测量过程中，铝制电池盒内的电池嵌入隔热泡棉中，由固定的 TPS 组件加热。为了使加热有效，铝制电池盒的尺寸和形状需要根据待测电池的尺寸和形状进行调整。测试圆柱形、纽扣和软包电池的铝制电池盒分别为高圆柱形、扁圆柱形和带圆角的扁盒形。测试圆柱形电池比较具有挑战性（需要较长的加热时间），因为电池与铝制
电池的盒接触面积有限。在这种情况下，可以使用一些硅油来改善热接触。
▲图二 Hot Cell™传感器测试圆柱电池的剖面图，带有TPS组件的高圆柱形铝电池盒和嵌入的隔热泡沫
使用 Hot Cell™ 传感器进行比热容测量需要两次瞬态温度记录。第一次记录是在铝制电池盒内没有样品的情况下进行，第二次记录是在铝制电池内包含样品的情况下进行。基本上，第一次瞬态是参考测量，提供了 Hot Cell™ 传感器本身的比热容值，而第二次测量得出样品和 Hot Cell™ 传感器的比热容值。从这两个结果中可以高精度地提取样品本身的比热容。
▲图三 使用 Hot Cell™ 传感器型号 AL-D50-H85 进行瞬态温度记录的范例，不含电池(红色曲线)和包含电池样品(绿色曲线) (圆柱形锂离子电池型号 21700)
前后者的测量功率分别为500 mW和800 mW
我们展示了使用Hot Cell方法直接测试六个不同尺寸和类型的锂电池样品的比热容，包括两个圆柱形电池、两个纽扣电池和两个软包电池。表1列出了这六个电池样品的详细信息以及相应的Hot Cell™传感器型号。
▲表1 锂电池样本和应用的 Hot Cell™ 传感器模型
测量结果
所有报告的测试均使用Hot Disk TPS 2500S仪器进行。在测试锂电池样品之前，我们用Hot Cell™传感器对不锈钢验证样品进行了测试。表2列出了验证样品的详细信息、测试条件和比热容结果。我们还包括了使用标准Hot Disk方法的比热容结果进行比较。结果显示，使用Hot Cell方法得出的比热容值与标准Hot Disk比热测试方法的结果十分接近。
▲表2 使用 Hot Cell™ 传感器和 Hot Disk 传感器在验证样本上测试 Cp
▲表3 使用 Hot Cell™ 传感器对锂电池进行 Cp比热测试的测量结果
在现行一般消费性电子、电动车(EV)以及可再生能源储能系统等产业蓬勃发展下，量测比热值对于锂电池制造商和研发人员来说是一个重要的技术指标，它直接影响到电池的安全性、效率和性能。科迈斯科技长期致力于多元分析仪器设备的代理，提供专业的检测技术顾问服务，如果您有任何进一步的疑问或需要进一步的信息，欢迎随时联络我们。
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