關于鋰離子電池中的金屬外殼熱導率測量的研究

隨著鋰離子電池的使用量越來越多，以及由于鋰離子電池著火和爆炸所造成的事故越來越多，使人們開始關注鋰離子電池的熱管理。在圓柱形電池中，充電與放電過程產生的熱量必須通過其金屬外殼散發到周圍環境中，這是因為由于電池內部的隔膜的熱傳導能力非常小，而且電級與聚合物之間有很多層這樣的隔膜。本研究開發出了一種測量電池外殼導熱系數大小的方法。測量的電池是來自于市場上較為常見的型號為18650的可充電鋰離子電池，并使用專用的電池拆卸工具將電池拆解開，拆解的過程如圖1所示。電池拆解完以后從電池中取得一塊厚度為25um，一個200um厚的電池殼體作為研究樣本。

圖1 電池的拆解步驟

本研究搭建了一個小型的實驗裝置，實驗裝置圖如圖2所示，需要測量的樣本被固定在了冷適配板（C）與熱適配板（H）之間，適配板的溫度是可以被精確控制的，同時壓力計（LC）可以測量作用于測量樣本上的作用力的大小，上方固定了一個紅外熱顯微鏡（IRLens）。使用IR-Lens可測量實驗樣本的溫度，得到了一系列溫度（35℃ ～120℃）與 壓 力 條 件 下（0.1MPa～0.25MPa）的電池殼體導熱系數。測量得到金屬外殼的平均導熱系數為670W/(m2K)，而且導熱系數的大小與壓力、溫度的關系不大。

圖2 實驗裝置圖