高性能电池

温度对锂离子电池性能的影响一 实验设备及方法1.1 实验设备表1-1 实验仪器和设备http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2017/01/201701191701_669046_3137340_3.pnghttp://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2017/10/2016082910172496_01_3137340_3.pnghttp://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2017/10/2016082910181286_01_0_3.pnghttp://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2017/10/2016082910181791_01_0_3.pnghttp://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2017/10/2016082910182313_01_3137340_3.png 高低温交变湿热试验箱（湿热试验箱）：高低温交变湿热试验箱可以设定一定的温度和湿度进行研究样品的性能，也可以研究按设定好的程序进行不同温度和湿度的改变下样品的性能，还可以设定温度变化范围，用以检测一定温度范围内样品的性能。它还能够按照设定定时开关机，并且高低温交变湿热试验箱还有记忆数据的功能，记忆时间能够长达6个月以上，另外还具有保持、跳段、待机以及两组时间信号同时输出的功能。 电池测试系统：电池测试系统是研究电池的重要仪器，它可以用以测试电池的电流、容量、电压、内阻、充放电效率、温度以及循环寿命等性能。它可以同时测试多组电池，这使它的测试效率大大提高。 真空干燥箱：真空干燥箱广泛用于医药、食品、轻工、化工、农业科研、环境保护等实验领域作粉末干燥，烘焙以及各类玻璃容器的消毒和灭菌之用。真空干燥箱具有干燥物品速度快、污染小、不对被干燥物品的内在质量造成破坏的优点。真空干燥箱专为干燥热敏性、易分解、易氧化物质而设计，能够向内部充入惰性气体，特别是一些成分复杂的物品也能进行快速干燥。1.2 实验操作方法样品：钴酸锂锂离子电池（φ6.8mm，容量约120~150mAh，电压3.0~4.2V）参数设定：充电电流-----0.15A 充电截止电压-----4.2V放电电流-----0.15A 放电截止电压-----3.0V 先将样品电池接入电池测试系统，然后使其放在在设定温度状态下的真空干燥或箱高低温交变湿热试验箱中，最后按照一定程序进行充放电循环。首先对电池以0.15A进行恒流充电，当电压达到4.2V时，保持电压恒定进行恒压充电，充电电流会随着时间不断变小，当充电电流为0.01A我们认为充电过程完成；然后将电池搁置一分钟，接着以0.15A的恒定电流放电，这时电池电压会不断减小，当电压小于3V时我们认为放电过程完成。下图1.5为充放循环曲线.http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2017/10/2016082910194943_01_3137340_3.png二 结果与讨论2.1 不同温度下电池的容量和内阻 将电池放入真空干燥或箱高低温交变湿热试验箱中进行充放电循环，循环次数为5次，计算其平均容量（图2.1）和内阻（图2.2）。http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2016/08/201608291020_607203_2984502_3.pnghttp://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2016/08/201608291020_607204_2984502_3.png 由图2.1可以看出，在温度低于25℃时，电池容量随温度的升高逐渐增大，在高于25℃时，电池容量随温度的升高逐渐减小，但电池在低于25℃时容量的变化更快。由图2.2可以看出，在-20℃到60℃温度范围内，电池的内阻随温度的升高而逐渐降低。产生这个现象的原因是由于在高低温条件下，一方面是电池的电极材料及结构发生了部分不可逆的变化，一方面是电解液中的锂离子浓度及传导性发生了的变化。在低于25℃时，锂离子的迁移速率随温度的降低迅速下降，从而使电池的内阻迅速增加，再加上电极材料及结构部分不可逆的变化，并且电解液中的锂离子浓度下降，导致电池低温时的容量迅速下降。在高于25℃时，锂离子的迁移速率随温度的升高迅速上升，从而使电池的内阻下降，但由于电极材料及结构发生了部分不可逆的变化，并且由于温度的升高使电池负极和电解液的反应加速生成SEI膜，进一步消耗了电池中的锂离子，综合影响下，电池的容量下降，但没有低温时下降的那么快。2.2 不同温度下电池的循环 在室温下，将电池接入电池测试系统，按上述步骤设定循环次数为200次，进行充放电循环，得到如下图2.3电池的容量衰减。http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2016/08/201608291021_607205_2984502_3.png 当电池循环到200次时，其放电容量为124mAh，约为初始容量138mAh的89.86%。 将电池接入电池测试系统，然后放入真空干燥箱，设定温度为60℃，待干燥箱温度稳定后，按上述步骤设定循环次数为200次，进行充放电循环，得到如下图2.4电池的容量衰减。http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2016/08/201608291022_607206_2984502_3.png 当电池循环到第75次时，其放电容量为101mAh，约为初始容量126mAh的80%，达到了其寿命。 将电池接入电池测试系统，然后放入高低温交变湿热试验箱，设定温度为-20℃，待高低温交变湿热试验箱温度稳定后，按上述步骤设定循环次数为200次，进行充放电循环，得到如图2.5电池的容量衰减。 当电池循环到第55次时，其放电容量为57mAh，约为初始容量71.1mAh的80%，达到了其寿命。http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2016/08/201608291023_607207_2984502_3.png 由图2.6可知，电池的内阻随循环次数的增加持续增加。 综上所述，温度对锂离子电池寿命的影响很大。在室温下电池循环200次后，容量依然可以达到初始容量的89.86%，而电池在高温下循环75次后，容量便降到了初始容量的80%；在低温时容量的下降速度更快，循环55次后容量便降到了初始容量的80%。 上述结果表明，温度对锂离子电池性能的影响很大。高低温下电池循环性能的影响因素主要有电极材料及结构和Lihttp://bbs.instrument.com.cn/xheditor/xheditor_skin/blank.gif的传输性发生了部分不可逆的变化、电池内阻随循环次数的增加持续增大。另外电解液低温时导电性能的迅速下降，引起电池内阻的迅速增加，导致电池在低温时的输出性能变差，高温下电池正极和电解液的反应加速生成更多的SEI膜，使电池中的锂离子含量下降，导致电池循环性能变差。http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2016/08/201608291023_607209_2984502_3.png由图可以看出电池在不同温度下的充放电效率都很高，基本上都接近于1。[/colo

[color=#333333]锂离子电池具有高能量密度、长循环寿命和宽工作温度区间等性能优势，因此在众多储能器件中占有重要位置。近年来，为了提高锂离子电池的能量密度，研究者们开发了一系列的基于转换反应和合金化反应的高容量负极材料。其中，层状结构的硫化铋(Bi[sub]2[/sub]S[sub]3[/sub])是一种潜在的高性能储锂材料。硫化铋具有625 mAh g[/color][sup][color=#333333]-[/color][/sup][sup][color=#333333]1[/color][/sup][color=#333333]和4250 mAh cm[/color][sup][color=#333333]‒ [/color][/sup][sup][color=#333333]3[/color][/sup][color=#333333]的理论容量，比石墨高出70%和420%，而且由于Bi、S之间的化学键比较弱，因此材料的储锂可逆性比较高。然而，由于本身晶格、电子结构和电学性能的限制，硫化铋在储锂循环稳定性和倍率性能方面还远不能满足实用的需求。[/color][color=#333333]为了解决这一问题，苏州大学物理与光电能源学部的倪江锋博士与合作者发展了一种与纳米碳材料强耦合的技术，来制备高性能的硫化铋复合电极材料。他们在功能化的碳纳米管（CNT）表面负载硫代乙酰胺（TAA），然后加入硝酸铋溶液；通过控制 TAA的水解来调控Bi[sub]2[/sub]S[sub]3[/sub]在CNT表面的存在形式和沉积厚度。Raman光谱和X射线吸收近边结构（XANES）证明Bi[sub]2[/sub]S[sub]3[/sub]和CNT存在着电荷转移（耦合作用）。复合的Bi[sub]2[/sub]S[sub]3[/sub]@CNT材料的表现出优异的储锂稳定性和强劲的倍率性能。在0.2 A g[/color][sup][color=#333333]-[/color][/sup][sup][color=#333333]1[/color][/sup][color=#333333]的电流密度下经过100次循环， Bi[sub]2[/sub]S[sub]3[/sub]@ CNT材料保持了494 mAh g[/color][sup][color=#333333]-[/color][/sup][sup][color=#333333]1[/color][/sup][color=#333333]的容量，而单独的Bi[sub]2[/sub]S[sub]3[/sub]材料只保持了129 mAh g[/color][sup][color=#333333]-[/color][/sup][sup][color=#333333]1[/color][/sup][color=#333333]。在2 和5 A g[/color][sup][color=#333333]‒ [/color][/sup][sup][color=#333333]1[/color][/sup][color=#333333]的倍率下，该杂化材料仍然具有429和376 mAh g[/color][sup][color=#333333]‒ [/color][/sup][sup][color=#333333]1[/color][/sup][color=#333333]的容量。更为重要的是，当测试电流密度降低时，高于500mAh g[/color][sup][color=#333333]-[/color][/sup][sup][color=#333333]1[/color][/sup][color=#333333]的容量仍然可以恢复。他们进一步通过循环伏安和电化学阻抗谱分析了材料的高倍率性能的原因，发现其储锂行为类似于一个赝电容。显然这种赝电容的行为与高导电的CNT与Bi[sub]2[/sub]S[sub]3[/sub]之间的强耦合作用是分不开的。该研究工作为硫化物和相关储锂材料的进一步发展提供了一条可行的思路。相关结果发表在[/color]Advanced Energy Materials[color=#333333]杂志上。[/color][color=#333333]全国纳米技术标准化技术委员会低维纳米结构与性能工作组的专家介绍，层状结构的硫化铋(Bi2S3)是一种潜在的高性能储锂材料。CNT与Bi2S3这些材料的结合，是一种很好的探索思路。[/color][color=#2B2B2B]据低维材料在线91cailiao.cn的技术工程师Ronnie介[/color][color=#333333]绍，他们提供的硫化铋Bi2S3材料具有环境友好、光电导和非线性光学响应等优点，广泛应用于太阳能电池、光电二级管阵列以及红外光谱学等，也可以应用于制其它铋合物、易切削钢添加剂、微电子工业。[/color][img=,690,627]http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2017/07/201707251452_01_2047_3.png[/img]

请教：燃料电池的开路电压太低了，只有0.2V该怎么去提高这个开路电压呢？测试燃料电池性能，如何得到E-I极化曲线？文章中的这个图是用CHI中的LSV方法测得的图呢还是用手动绘制的呢？[img]http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2009/04/200904220936_145956_1753903_3.jpg[/img]

电池，实验室里不可缺少的东西，很多便携式的仪器都需要电池（如声级计、 便携式pH计、照度计等）。选择环保电池可以防止汞镉污染，但环保电池价格相对较高。 日常使用的电池有大量的重金属污染物——镉、汞、锰等。废弃在自然界时，这些有毒物质便慢慢从电池中溢出，进入土壤或水源，再通过农作物进入人的食物链进入人的食物链。这些有毒物质在人体内会长期积蓄难以排除，损害神经系统、造血功能、肾脏和骨骼，有的还能致癌。 环保电池，是指近年来已投入使用或正在研制、开发的一类高性能、无污染电池。目前已经大量使用的金属氢化物镍蓄电池、锂离子蓄电池和正在推广使用的无汞碱性锌锰原电池和可充电电池以及正在研制、开发的锂或锂离子塑料蓄电池和燃料电池等都属于这一范畴。此外，目前已广泛应用并利用太阳能进行光电转换的太阳电池（又称光伏发电），也可列入这一范畴。 环保电池通常价格昂贵，作为采购人员的你，会优先选择采购环保电池么？http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2010/10/201010191604_252231_1617423_3.jpg

[color=#cc0000]摘要：本文针对锂离子电池材料导热系数测试方法，评论性概述了近些年的相关研究文献报道，研究分析了这些导热系数测试方法的特点，总结了电池材料导热系数测试技术所面临的挑战，从热分析仪器市场化角度提出了迎接这些挑战的技术途径。[/color][hr/][size=18px][color=#cc0000]1.问题的提出[/color][/size] 锂离子电池在各种应用中用于能量转换和存储，包括消费类电子产品、电动汽车、航空航天系统等。图1-1所示为典型的锂离子电池的结构，锂离子电池主要包括电极材料、电解质材料、隔膜材料、电池堆和热管理高导热相变复合材料。[align=center][img=锂离子电池结构示意图,500,375]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2020/05/202005250623319094_6619_3384_3.jpg!w600x450.jpg[/img][/align][align=center][color=#cc0000]图1-1 锂离子电池结构示意图[/color][/align] 导热系数作为电池材料的重要热物理性能参数之一，严重影响着锂离子电池的各种特性。而锂离子电池在使用过程中会面临着电、热、力和质的不同边界条件，这就使得准确测试电池材料导热系数面临着以下几方面的严峻挑战： （1）锂离子电池材料往往涉及含能和储能材料，在不同边界条件下，如在充放电过程中会伴随着生热甚至热解过程，在电池热管理系统中还涉及到相变材料，这就要求要在这些电化学和热化学过程中同时对导热系数进行测量，这要比以往纯热物理变化过程中的导热系数测试技术更为复杂。 （2）导热系数测试方法众多，但针对锂离子电池材料的复杂特征和要求，首先要需要找出合理的测试方法，以保证测量结果的准确性，这对锂离子电池材料和电池热管理尤为重要。 （3）由于锂离子电池材料导热系数测试所涉及的环境条件众多，会涉及众多不同的导热系数测试方法和设备。但在实际工程应用中，还是希望能对测试方法进行优化和开发测试新技术，从而实现用尽量少的测试方法和仪器设备尽可能多的满足各种各种锂离子电池材料的导热系数测试需求。 （4）由于锂离子电池材料还涉及其他热性能参数和表征参数，如比热容和热失控等，这样就要求导热系数测试方法和仪器能与其他热性能参数测试仪器进行集成，使得测试仪器具备多功能性，在一台测试仪器上可实现多个参数的测试。 本文将针对上述存在的问题和挑战，首先对近些年锂离子电池材料导热系数测试技术进行评论性综述，然后在分析研究的基础上，提出比较适合锂离子电池和材料导热系数测量的实用方法。[size=18px][color=#cc0000]2.电池材料导热系数测试方法综述[/color][/size] 在锂离子电池材料级别方面，主要涉及的材料有电极、电解质、隔膜、电极隔膜堆和热管理高导热相变复合材料。 在材料级别方面，已经报道了电极[1]-[4]、电解质[5]、隔膜[6][7]、电极堆[2][8]的导热系数和接触热阻[9][10]测量结果。 如图2-1所示，阴极样品厚度方向上导热系数已使用保护型热流计法（ASTM E1530）进行了测量[1][12]，阴极由等体积分数的聚合物电解质以及活性材料和乙炔黑的混合物制成。经测量，在25~150℃之间复合材料导热系数在0.2 ~ 0.5 W/mK范围内变化。由于阴极材料太薄，将多层阴极材料叠加后形成1~2mm厚的可测样品，样品直径为25.4mm，测试压力为10psi以减少多层叠加后带来的接触热阻。[align=center][img=保护型热流计法导系数测试示意图,500,419]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2020/05/202005250624120593_5244_3384_3.jpg!w500x419.jpg[/img][/align][align=center]图2-1 保护型热流计法导热系数测试示意图[/align] 如图 2-2所示，展示了锂离子电池电极材料厚度方向导热系数测量装置结构[2]。[align=center][img=,600,428]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2020/05/202005252355511656_8624_3384_3.jpg!w600x428.jpg[/img][/align][align=center][color=#cc0000]图2-2 锂离子电池材料厚度方向导热系数测量装置示意图[/color][/align] 装置采用了稳态薄加热片法[13]，单层材料面积为431mm2，厚度0.42mm，被测样品为多层叠加形式。还采用了闪光法测量多层锂离子电池薄层材料的热扩散系数，并通过叠层材料不同取样方向来测量得到不同方向的热扩散系数。 时域热反射（TDTR）技术已用于测量LiCoO2薄膜厚度方向导热系数[3]，样品厚度约500nm，测量了锂化程度对导热系数的影响。循环过程中原位测量LiCoO2阴极的导热系数表明，去锂化时，导热系数从5.4W/mK可逆地降低至4.7W/mK。 如图2-3所示，采用闪光法确定由各种粒径的合成石墨制成的负电极（NE）材料的导热系数[4][14]，样品尺寸为直径约15mm，厚度范围为1.1~9.5mm，实验在室温RT，150和200°C下进行。[align=center][img=激光闪法测量原理,500,467]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2020/05/202005250625143698_6549_3384_3.jpg!w500x467.jpg[/img][/align][align=center][color=#cc0000]图2-3 激光闪光法测量原理[/color][/align] 同样，聚合物电解质的导热系数采用图1-1所示保护型热流计法进行了测量[5]，测量样品厚度方向上的温差，该温差用于计算总热阻，从中可提取出样品厚度方向上的导热系数。通过刮刀技术制备聚合物电解质薄膜样品，并将其夹在导热仪顶板和底板之间，然后测量温度差。据报道，在25~150℃范围内，导热系数在0.12~0.22W/mK之间变化。 如图2-4所示，隔膜材料面内方向导热系数已使用直流加热法进行了测量[6]。在100级无尘室中从26650锂离子电池中提取隔膜样品，在隔膜样品上沉积了两条相距很小的细钛线，其中一条线用作加热器，而这两条线都用于温度测量，两条线的温度作为时间函数的超快测量用于确定隔膜样品的热性能[15]。室温下的面内方向导热系数为0.5W/mK，在50℃下测量时，这些值没有明显变化。[align=center][img=,500,308]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2020/05/202005250625463285_8933_3384_3.jpg!w550x339.jpg[/img][/align][align=center][color=#cc0000]图2-4 隔膜材料比热容和面内方向导热系数测试示意图[/color][/align] 正负电极薄膜材料和隔膜材料厚度方向和面内方向导热系数已使用不同的稳态方法进行了测量[7]，实验装置与先前使用的一维热流计法装置非常相似[1]。样品尺寸30mm×30mm，单层膜厚度在24~106um范围内，导热系数测量结果范围为0.19~31W/mK。 如图2-5所示，采用闪光法测量了多层阳极、隔膜和阴极构成的电极隔膜堆的厚度方向和面内方向热扩散系数[8]，采用差示扫描量热仪测量了比热容，由此得到电极隔膜堆厚度方向和面内方向的导热系数。另外对从新电池中取出的电极隔膜堆在45℃下循环500次，考察了高温循环对导热系数的影响。[align=center][img=闪光法厚度方向和面内方向测试示意图,690,400]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2020/05/202005250626168406_2334_3384_3.jpg!w690x400.jpg[/img][/align][align=center][color=#cc0000]图2-5 （a）闪光法测试厚度方向和面内方向电极隔膜堆热扩散系数示意图；（b）测试过程中样品的取样形式和摆放形式[/color][/align] 除了上述关于导热系数测量的报道外，还报道了采用恒定热流法（ASTM D5470）在不同压力和温度下测量了电极隔膜堆的接触热阻[9][16]。如图2-6所示，测试过程中将被测电极隔膜堆叠层夹在两个铜块之间，并测量了叠层的总热阻。电池隔膜堆包括了涂覆有石墨的铜阳极、涂覆有钴酸锂的铝阴极、聚乙烯/聚丙烯隔膜和电解质，测试温度范围-20~50℃，压力0~250psi。通过测试得出的主要结论包括：与干电池组相比，湿电池组的接触热阻更低，并且电极隔膜堆叠热阻的温度依赖性较弱。但是，此处测得的热阻是总热阻，其中还包括材料自身热阻，而不仅仅是电池不同材料之间的接触热阻。已经测量了使用的电极和铜棒之间的接触热阻，这与电池的原位操作没有特别的关系。[align=center][img=,550,442]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2020/05/202005250626475813_5845_3384_3.jpg!w550x442.jpg[/img][/align][align=center][color=#cc0000]图2-6 恒定热流法（ASTM D5470）测量电池材料接触热阻示意图[/color][/align] 如图2-7所示，在另一项工作中，同样采用恒定热流法（ASTM D5470）测量了阴极和隔膜之间的界面热传导[10]。测量结果表明，锂离子电池的热特性很大程度上取决于穿过阴极-隔膜界面的传热，而不是通过电池本身的传热。这种界面热阻约占电池总热阻的88%。[align=center][img=,500,267]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2020/05/202005250627005929_1859_3384_3.jpg!w600x321.jpg[/img][/align][align=center][color=#cc0000]图2-7 恒定热流法测量电池材料接触热阻示意图：（a）被测样品为电极隔膜堆；（b）纯隔膜样品；（c）纯阴极样品[/color][/align] 如图2-8所示，采用瞬态平面热源法测量了石墨烯填料的混合相变材料[11][17]，石蜡相变材料在添加石墨烯前后的导热系数分别为0.25W/mK和45W/mK。[align=center][img=,500,202]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2020/05/202005250627216467_2507_3384_3.jpg!w600x243.jpg[/img][/align][align=center][color=#cc0000]图2-8 瞬态平面热源法测试探头和测量原理图[/color][/align] 对于锂离子电池材料这类薄膜材料，其导热系数的测量还有一种非常有效的方法就是温度波法[18]。这种方法尽管已推出多年，但应用还是较少，但今后将是一种重要的有效方法。[size=18px][color=#cc0000]3.测试方法的特点[/color][/size] 从上述综述中可以看出，电池材料导热系数采用了以下几种测试方法： （1）稳态保护热流计法：ASTM E1530； （2）稳态护热板法：ASTM C177； （3）时域反射法； （4）闪光法：ASTM E1461； （5）稳态热流计法：ASTM C518； （6）恒定热流法：ASTM D5470； （7）瞬态平面热源法：ISO 22007-2。 （8）温度波法：ISO 22007-3。 从上述所涉及的多个测试方法可以看出，与传统材料导热系数测试不同，锂离子电池材料导热系数测试呈现出以下显著特点： （1）薄膜化：锂离子电池材料基本都呈现出薄膜化的形态，所涉及的则是典型的薄膜导热系数测试技术； （2）各向异性：薄膜化的锂离子电池材料呈现出比较明显的各向异性特征，导热系数在厚度方向和面内方向上表现出明显差别，锂离子电池材料导热系数测试实际上是一个各向异性薄膜材料导热系数测试问题； （3）测试变量多：锂离子电池材料导热系数测试的另一个显著特征是测试条件变量较多，除需在传统的不同温度下进行测试之外，还需要包括其他测试条件，如不同的加载压力、SOC荷电、气氛、振动、湿度等条件，甚至还需在通电状态下。[size=18px][color=#cc0000]4.电池材料导热系数测试方法分析[/color][/size] 根据上述锂离子电池材料导热系数测试的特点，对上述各种测试方法进行分析，以寻找出那些测试方法更能适合锂离子电池材料的测试。 纵观上述测试方法，我们将它们分为稳态法和瞬态法进行分析。[color=#cc0000]4.1. 稳态法[/color] 稳态法主要包括：保护热流计法、护热板法、热流计法和恒定热流法。 稳态法的显著特点就是依据经典的傅里叶稳态传热定律，在被测电池材料薄膜样品的测试方向上形成稳定的一维热流，通过测量不同条件下的温度和热流密度来测定相应的导热系数和接触热阻。 稳态法做为一种传统方法，是在较厚的块体材料热性能基础上发展起来的测试方法，对于较大尺寸和较厚块体样品的导热系数测试非常准确和成熟，如保护热流计法、护热板法、热流计法。为了进行电池薄膜材料测试，需要对薄膜材料进行多层叠加后制成样品才能满足稳态法测量准确性要求，这种多层叠加势必会带来接触热阻的严重影响。鉴于传统稳态法对薄膜材料导热系数测试的局限性，开发的恒定热流法则部分解决了测试问题，通过独特的表面温度测试技术，可以进行百微米厚度量级的薄膜导热系数测量，非常适合测试多层膜构成的电池堆以及高导热相变复合材料。 尽管做了相应的改进，但这种在稳态法上做的任何努力都是在挖掘稳态法的潜力，是对稳态法测试能力区间的下限进行进一步的拓展，测试能力下限毕竟还是非常有限，受到了稳态法自身的制约，特别是受到表面温度和厚度测量准确性的制约，使得这种扩展空间十分有限且效果很难保证。总之，对于锂离子电池材料，暂时比较适合的稳态法是ASTM D5470恒定热流法，可以进行导热系数和热阻测量，样品尺寸适中并比较适合加载各种边界条件。[color=#cc0000]4.2. 瞬态法[/color] 瞬态法主要包括时域反射法、闪光法和瞬态平面热源法。 与稳态法恰恰相反，瞬态法是基于样品材料对热激励动态响应的一种测试方法，被测样品越薄，对热激励的响应越快，所以瞬态法的核心是检测物理量随时间变化快慢的问题。同时，在被测样品对热激励的快速响应过程中，周围环境和其他边界条件的影响反而变得很小。最主要的是，随着技术的发展，块体样品（特别是薄膜材料）对热激励的动态响应时间，在当前的电子检测技术面前都不再属于快速测量范畴，采用目前的各种电子技术手段很容易对热激励响应进行快速和准确测量。从另一方面理解，就是针对材料的热性能测试，瞬态法可以针对不同被测样品厚度范围（响应时间）采用相应响应频率范围的电子仪器和设备来实现准确测量，而目前电子仪器设备的测试能力要远远超过薄膜材料热性能测试的需求。这就是瞬态法自身的最大优势，同时也是目前市场上薄膜材料热性能测试仪器大多采用瞬态法的主要原因。 总之，瞬态法作为非接触是测量方法非常适用于致密性薄膜材料，适合测量非常薄的样品，但对于锂离子电池材料这类较低密度的薄膜材料则会遇到许多测试难题，多孔性的薄膜材料样品需要进行表面处理才能进行导热系数测量，但表面处理往往会带来渗透而改变薄膜样品的热性能。另外，瞬态法的另一个明显不足是很难在被测样品上加载各种相应的边界条件进行导热系数测量，如压力和通电等。但瞬态法中的温度波法则是一个例外，这将在下节中进行介绍。[size=18px][color=#cc0000]5.未来设想：新方法的提出[/color][/size] 从上述对电池材料导热系数测试方法的分析中可以看出，现有方法都不能很好的解决本文开始提到的锂离子电池材料导热系数测试所面临的问题，需要研究和开发新型测试方法才能应对相应的技术挑战。 通过我们的研究，我们认为将上述稳态法和瞬态法相结合的方法将会是一种有效的技术途径，具体的结合形式就是改进型的瞬态温度波法。 ISO 22007-3规定的温度波测试方法[18]，主要用于确定薄膜和塑料板在整个厚度方向上的热扩散系数。温度波法是一种通过测量样品前后表面之间温度波的相移来测量薄而扁平样品厚度方向热扩散系数的方法。使用在样品两个表面上溅射或接触的电阻器，一个作为加热器，通过交流焦耳加热产生温度波，另一个作为温度计来检测温度波。ISO 22007-3中给出了温度波法测量装置示意图，如图5-1所示。[align=center][img=温度波法热扩散系数测量装置示意图,690,473]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2020/05/202005250627416770_5455_3384_3.jpg!w690x473.jpg[/img][/align][align=center][color=#cc0000]图5-1 温度波法热扩散系数测量装置示意图[/color][/align] 从上述描述中可以看出，温度波法测量装置包括彼此面对的微加热器和温度传感器，样品安装在它们之间。向加热器提供弱的正弦电功率信号，在样品表面上产生温度波。温度传感器是一种高灵敏度电阻传感器，它使用前置放大器在将弱信号进入锁相放大器之前对其进行放大。观察到的温度信号是激发温度波和背景温度信号的混合，例如环境的温度。在交流测量中，锁定放大的一个优点是能够提取和分析信号中仅一个指定频率分量的变化，抵消室温变化的影响（误差的主要来源）以及噪声成分实现高灵敏度测量。通过将实际施加的温度波幅度限制在1℃以内或更低，可以有效地抑制对流和辐射，并确保几乎不损坏样品。此外，如果采用极小的传感器尺寸则可识别更小样品区域内的热扩散系数。 总之，采用改进后的温度波法，将具备以下几方面的显著特点： （1）在样品的夹持、厚度控制和测量方面，温度波法与稳态法基本相同，可以在测量过程中对样品加载一定的压力和其他测试条件。同时，温度波法还具备了非接触瞬态法的优点，将温度和热流测量转换为高精度的频率和相位测量，减少了误差，可以实现高灵敏的测量。 （2）尽管ISO 22007-3规定的温度波测试方法是用于测量薄膜材料厚度方向的热扩散系数，但这种方法也可以用于薄膜面内方向上的热扩散系数测量，转换后的测试方法就是经典的Angstrom周期热波法[19]。 （3）从图5-1所示的温度波测量原理可以看出，只要将交流加热形式控制为直流形式，温度波法就变成了传统的热流计法，就可以用于板材样品测量，也就是说可以进行各种规格尺寸袋装和片状锂离子电池热扩散系数和导热系数的测量。 （4）更重要的特点是，改进的温度波法结构小巧，可以与其他热性能测试方法进行集成，这方面的内容将在后续报告中进行介绍。 综上所述，我们选择并开展改进型的温度波法研究，基本可以解决本文前面所提出的锂离子电池材料测试中所面临的几方面难题，同时还兼顾了测试仪器的微型化、集成化和低成本，这将是我们今后热分析仪器发展的一个方向。[size=18px][color=#cc0000]6.参考文献[/color][/size][1] Song, L., and Evans, J. W., 1999, “Measurements of the Thermal Conductivity of Lithium Polymer Battery Composite Cathodes,” J. Electrochem. Soc., 146(3), pp. 869–871.[2] Maleki, H., Al Hallaj, S., Selman, J. R., Dinwiddie, R. B., and Wang, H., 1999, “Thermal Properties of Lithium-Ion Battery and Components,” J. Electrochem. Soc., 146(3), pp. 947–954.[3] Cho, J., Losego, M. D., Zhang, H. G., Kim, H., Zuo, J., Petrov, I., Cahill, D. G., and Braun, P. V., 2014, “Electrochemically Tunable Thermal Conductivity of Lithium Cobalt Oxide,” Nat. Commun., 5, p. 4035.[4] Maleki, H., Selman, J. R., Dinwiddie, R. B., and Wang, H., 2001, “High Thermal Conductivity Negative Electrode Material for Lithium-Ion Batteries,” J. Power Sources, 94(1), pp. 26–35.[5] Song, L., Chen, Y., and Evans, J. W., 1997, “Measurements of the Thermal Conductivity of Poly(Ethylene Oxide)-Lithium Salt Electrolytes,” J. Electrochem. Soc., 144(11), pp. 3797–3800.[6] Vishwakarma, V., and Jain, A., 2014, “Measurement of In-Plane Thermal Conductivity and Heat Capacity of Separator in Li-Ion Cells Using a Transient DC Heating Method,” J. Power Sources, 272, pp. 378–385.[7] Yang, Y., Huang, X., Cao, Z., and Chen, G., 2016, “Thermally Conductive Separator With Hierarchical Nano/Microstructures for Improving Thermal Management of Batteries,” Nano Energy, 22, pp. 301–309.[8] Maleki, H., Wang, H., Porter, W., and Hallmark, J., 2014, “Li-Ion Polymer Cells Thermal Property Changes as a Function of Cycle-Life,” J. Power Sources, 263, pp. 223–230.[9] Ponnappan, R., and Ravigururajan, T. S., 2004, “Contact Thermal Resistance of Li-Ion Cell Electrode Stack,” J. Power Sources, 129(1), pp. 7–13.[10] Vishwakarma, V., Waghela, C., Wei, Z., Prasher, R., Nagpure, S. C., Li, J., Liu, F., Daniel, C., and Jain, A., 2015, “Heat Transfer Enhancement in a Lithium-Ion Cell Through Improved Material-Level Thermal Transport,” J. Power Sources, 300, pp. 123–131.[11] Goli, P., Legedza, S., Dhar, A., Salgado, R., Renteria, J., and Balandin, A. A., 2014, “Graphene-Enhanced Hybrid Phase Change Materials for Thermal Management of Li-Ion Batteries,” J. Power Sources, 248, pp. 37–43.[12] ASTM E1530 Standard Test Method for Evaluating the Resistance to Thermal Transmission by the Guarded Heat Flow Meter Technique[13] ASTM C177 Standard Test Method for Steady-State Heat Flux Measurements and Thermal Transmission Properties by Means of the Guarded-Hot-Plate Apparatus[14] ASTM E1461-13 Standard Test Method for Thermal Diffusivity by the Flash Method[15] ASTM C518 Standard Test Method for Steady-State Thermal Transmission Properties by Means of the Heat Flow Meter Apparatus[16] ASTM D5470 Standard Test Method for Thermal Transmission Properties of Thermally Conductive Electrical Insulation Materials[17] ISO 22007-2 Plastics — Determination of thermal conductivity and thermal diffusivity — Part 2: Transient plane heat ource (hot disc) method[18] ISO 22007-3, Plastics – Determination of thermal conductivity and thermal diffusivity – Part 3: Temperature wave analysis method.[19] A. J. Angstrom, Ann. Physik Leipzig 114, 513 (1861).[align=center]~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~[/align]

英福康公司HAPSITE便携式[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/bp][color=#3333ff]气质联用仪[/color][/url]，用于应急监测。因为监测任务量不大，仪器平时基本就是半月开机一次，运行一下survey和GCMS方法，然后关机。仪器自带了两块便携式镍氢电池（NiMH），可以为仪器提供2-3小时的使用时间。按照培训工程师的要求，电池每两个月需要充放电一次，因此会交替使用电池启动机器和运行方法，待电量耗尽后，用充电器充满后放置。 3月份，因为有事请了长假，所以假前便把两块电池充满电后放在实验室，假期回来后按了电池上面的TEST键检查电量，发现两个电池的剩余电量有较大的差别，想想自己之前的维护保养也是按照工程师的吩咐做的，应该不会损伤电池，查看了电池的生产批次，也是同批次的（1017），质量差别不应该这么大。[align=center][img=,690,398]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2019/07/201907030856042991_3003_2478053_3.png!w690x398.jpg[/img][/align][align=center][img=,690,382]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2019/07/201907030854577987_3371_2478053_3.jpg!w690x382.jpg[/img][img=,690,363]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2019/07/201907030854596747_5297_2478053_3.jpg!w690x363.jpg[/img][/align] 电话工程师，有可能是电池上的电量测试电路不准确，建议用仪器查看余电，用仪器查看后发现电池自带的测试电路没问题，显示是准确的。再次确认一遍损耗，将两块电池用充电器充满电，仪器接市电启动好后放入电池查看电量情况，确认都是100%后拔出放置，每隔一周用仪器查看一次剩余电量，检查结果如下。日期 显示电量 亏电量 1# 2# 1# 2#2019-4-15 100% 100% —— ——2019-4-22 第一周 90% 72% 10% 28%2019-4-29 第二周 81% 47% 9% 25%2019-5-5 第三周 74% 28% 7% 19% 合计 —— —— 26% 72%1#电池的测试结果[img=,690,517]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2019/07/201907030941295286_2664_2478053_3.jpg!w690x517.jpg[/img][img=,690,517]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2019/07/201907030940473694_5652_2478053_3.jpg!w690x517.jpg[/img][img=,690,517]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2019/07/201907030941565126_6783_2478053_3.jpg!w690x517.jpg[/img]2#电池测试结果[img=,690,517]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2019/07/201907030944354762_5155_2478053_3.jpg!w690x517.jpg[/img][img=,690,517]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2019/07/201907030945022666_5120_2478053_3.jpg!w690x517.jpg[/img][img=,690,517]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2019/07/201907030945241551_79_2478053_3.jpg!w690x517.jpg[/img] 如此看来，2# 电池自身的损耗量确实比1#大很多，约是1#的2.8倍，再电话工程师反映，工程师建议以实际的使用时长来检验电池性能是不是真的下降了，将电池放入用市电稳定好的仪器待机，测试结果如下。时间 1# 2# 消耗量2019-5-8 14:33 100% 17:04 32% 68%2019-5-9 9:20 99% 11:53 31% 68% [img=,690,517]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2019/07/201907030946342201_5843_2478053_3.jpg!w690x517.jpg[/img][img=,690,517]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2019/07/201907030947045216_6966_2478053_3.jpg!w690x517.jpg[/img] 待机测试过程中还各运行了一次survey和GCMS方法，从结果看，两块电池在仪器上的实际表现基本无差别，2.5小时的待机过程均消耗了68%的电量，那就是说两块电池的性能是一样的。之前的现象怎么解释呢？电池自身也是有内阻，在长期放置的过程中自身也在消耗电量，而每块电池的内阻又存在差别，也就导致了亏电量的不同。[b][color=#3333ff] 在使用中有一点是需要特别注意的，装卸电池的操作：因为电池电量测试电路布置在其表面，日常安装电池时用双手大拇指按住电池对角线的两个角（第一幅图中黑色圈），不要按电池表面的其他部位，避免损坏电量测试电路。[/color][/b]

动力电池测试是目前市场上新能源汽车电池专用的电池测试系统，为了保证新能源汽车电池的有效运行，所以对动力电池测试的性能有一定的要求，压缩机作为其核心配件，一旦发生回油故障就要及时解决。[img=,400,400]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2018/09/201809181539552442_4888_3445897_3.jpg!w400x400.jpg[/img]　　动力电池测试制冷系统运行的过程中，润滑油是随着冷媒一起排出压缩机，经过循环又回到压缩机，那么在有冷媒出入的地方就有润滑油的出入。冷媒性能和润滑油性能有着本质的区别，冷媒在制冷系统循环过程中存在两相，即液态冷媒和汽态冷媒，而润滑油基本上处于液态，当动力电池测试冷媒从液态转变为汽态，润滑油会从冷媒中析出，在诸多因素的影响下，它们很可能在某个零部件或某个结构点储存，导致润滑油无法顺利回流到压缩机，造成涡旋压缩机缺油，如果缺油长时间得不到解决，会导致压缩机内部运动零件润滑不足，出现干烧等故障，大大加速冷水机压缩机的损坏。　　动力电池测试的压缩机在排出冷媒时，也会排出微量的冷冻机油。即使只有0.5%的上油率，如果油不能通过系统循环回到压缩机中，因此为了确保压缩机运行不缺油，应该确保排出压缩机的冷冻机油回到压缩机，减少压缩机的上油率。　　动力电池测试需确保吸气管冷媒的流速，才能使油回到压缩机，但流速应小于15m/s，以减小压降与流动噪音，对水平管还应沿冷媒流动方向有向下的坡度。需要防止冷冻机油滞留在蒸发器内，确保适当的气液分离器的回油孔，过大会造成湿压缩，过小则会回油不足，滞流油在气液分离器中。动力电池测试系统中不应存在使油滞留的部位，确保在长配管高落差的情况下有足够的冷冻机油在压缩机里，通常用带油面镜的压缩机确认压缩机频繁启动不利于回油。　　新能源动力电池测试是目前比较新兴的设备，无锡冠亚在这一领域不断创新不断开发，争取为大众提高性能更加优良的动力电池测试。

[color=#993366]摘要：针对动力电池热管理系统用复合相变材料，对复合相变材料热性能测试中国内外普遍存在的大量错误现象进行了分析，列出了各种典型错误现象和错误案例，指出了产生这些错误的主要原因，明确了后续工作的方向和内容。[/color][align=center][img=,690,431]http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2018/01/201801292102575588_388_3384_3.png!w690x431.jpg[/img][/align][color=#ff0000]1. 引言[/color] 在动力电池热管理系统中，空冷、液冷和相变材料冷是较为常用的三种冷却方式。其中前两种是主动热管理，第三种是被动热管理。相变材料做为被动式热管理方式用于动力电池热管理系统是一个新兴的发展方向，与传统空冷、液冷等方式相比，具有高效、节能、温度波动小、防止热失效等优点。[color=#ff0000]2. 相变材料在动力电池中的应用结构形式[/color] 相变材料在电池包中的应用主要有两种结构形式： （1）电池单元直接置于相变材料中的包裹式形式，如图 2‑ 1和图 2‑ 2所示； （2）相变材料将电池单元夹在中间形成三明治夹层结构形式，如图 2‑ 2所示。[align=center][img=,690,335]http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2018/01/201801292104045551_7090_3384_3.png!w690x335.jpg[/img][/align][align=center][color=#ff0000]图 2‑ 1 相变材料包裹电池式结构[/color][/align][align=center][img=,690,517]http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2018/01/201801292102422682_8708_3384_3.jpg!w690x517.jpg[/img][/align][align=center][color=#ff0000]图 2‑ 2 相变材料包裹物及电池[/color][/align][align=center][color=#ff0000][/color][/align][align=center][img=,690,402]http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2018/01/201801292104307481_9899_3384_3.png!w690x402.jpg[/img][/align][align=center][color=#ff0000]图 2‑ 3 相变材料与电池三明治夹心结构[/color][/align] 以上相变材料在电池包中的三种结构形式，其中第一种结构虽然换热效率高，比较适合各种柱状和其它异形电池使用，但结构复杂，对制造工艺要求较高。第二种结构结构简单、易操作，比较适合板状和块状形式的各种电池。[color=#ff0000]3. 动力电池中复合相变材料类型[/color] 动力电池中复合相变材料的设计和制造主要考虑以下几方面因素：[quote][color=#993300] （1）适宜的相变温度和较大潜热；[/color][color=#993300] （2）其他热物理性能：导热系数高、热容大、密度高、体积变化率低、无相分离、低过冷度；[/color][color=#993300] （3）化学性质：无腐蚀、化学稳定性好、与容器相容、无毒、无易燃、无污染；[/color][color=#993300] （4）经济性要求：低成本、容易获得、可循环使用。[/color][/quote] 对于相变材料的研究已经相对比较成熟，但大多数固液相变材料，尤其是中低温相变材料具有较低的导热系数，这直接使得相变材料在动力电池热管理系统应用中存在的最大问题是导热系数偏低（0.2 W/mK左右），而在电池热热管理系统中则需要较快的吸收和放出热量，否则只有部分导热相变材料发生相变吸收或放出热量，将导致相变材料在热管理系统中的作用下降，在高温或大电流等极端条件下同样会发生电池热失控而造成安全问题。 如何克服上述缺点，改善导热能力成为近年来国内外在动力电池用相变材料中的一个研究热点，研究方向主要集中在采用多孔泡沫金属和泡沫碳作为导热增强介质，相变材料被分散成小颗粒储藏在泡沫介质孔隙中，泡沫介质骨架起到强化传热作用，由此来显著提高整体复合相变材料的导热系数，同时相变材料中的空穴也因为毛细作用分散在孔隙中，避免了因空穴集中而产生的局部热阻和热应力。[color=#ff0000]3.1. 泡沫金属复合相变材料[/color] 泡沫金属是指含有泡沫气孔的特种金属材料。图 3‑ 1的扫描电镜照片显示了典型泡沫金属材料的微观结构，可以看到相互连通的孔隙部分占到了泡沫金属材料的绝大部分空间，其间的金属基体材料呈立体骨架结构。不同孔隙单元的结构并不完全相同，但是从较大范围来看则具有相似特性，这说明泡沫金属材料微观结构的均匀性和各向同性使得其导热过程的各向同性。[align=center][img=,690,519]http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2018/01/201801292105079861_3622_3384_3.jpg!w690x519.jpg[/img][/align][align=center][color=#ff0000]图 3‑ 1 泡沫金属材料扫描电镜照片[/color][/align] 已实用并具有较大导热系数的泡沫金属主要有泡沫镍、泡沫铝和泡沫铜，如图 3‑ 2所示。[align=center][img=,690,200]http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2018/01/201801292105542851_1607_3384_3.png!w690x200.jpg[/img][/align][align=center][color=#ff0000]图 3‑ 2 各种泡沫金属[/color][/align][color=#ff0000]3.2. 泡沫碳复合相变材料[/color] 泡沫碳是碳元素的同素异形体之一，如图 3‑ 3所示，泡沫碳材料内部是中空的蜂窝状结构，其中70％～90% 为开口或相通的蜂窝状孔洞，微孔的平均直径为200~500 um，固体结构由相互交错的韧带支撑而成。如所示，泡沫碳的几何结构使其密度大幅度降低，比表面积极具增大，是一种具有低密度、高导热（导热系数高达200 W/mK）、耐高温、耐腐蚀等优点的新型材料。[align=center][img=05.泡沫碳材料的扫描电镜照片,443,333]http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2018/01/201801292107453445_4814_3384_3.png!w443x333.jpg[/img][/align][align=center][color=#ff0000]图 3‑ 3 泡沫碳材料扫描电镜照片[/color][/align] 由此可见泡沫碳材料具有高的导热系数和稳定的化学性质，泡沫碳材料在石墨基材料中导热系数最高，并与相变材料具有良好的相容性，因此常用于相变材料的强化传热。相变材料渗入泡沫碳所构成的复合相变材料，其相变速率可大大提高，所以具有非常好的应用前景，已成为国内外研究的热点。[align=center][img=05.泡沫碳,690,222]http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2018/01/201801292108217452_8396_3384_3.jpg!w690x222.jpg[/img][/align][align=center][color=#ff0000]图 3‑ 4 泡沫碳[/color][/align] 另外，泡沫碳是一种在石墨基体中均匀分布大量连通孔洞的新型高导热材料，相比于常见的膨胀石墨，泡沫碳有孔密度大、通孔率高、能够维持自身形状结构等特点，其导热系数要大于泡沫铜很多倍。与泡沫金属另外一个重要不同之处是因为泡沫碳材料内部气孔分布的不均匀性和孔径差异造成泡沫碳材料具有明显的各向异性，由此会造成泡沫碳复合相变材料的导热性能也具有明显的各向异性特征。[color=#ff0000]4. 国内外复合相变材料热性能测试中普遍存在的问题[/color] 由于复合相变材料呈现出多孔性、各向异性和多种成分复合性等多种特性，在进行复合相变材料导热系数测试中要十分小心的选择合适的测试方法，稍有不慎就会做出错误的选择，得出错误结果。纵观国内外在复合相变材料导热系数测试方面的文献报道，可以明显发现存在大量问题，主要表现出以下错误现象：[quote][color=#993300] （1）选择测试方法很随意，使得测试方法多种多样。[/color][color=#993300] （2）对所选测试方法的适用范围并不清楚，很多时候在测试过程中忽略了材料的各向异性特征。[/color][color=#993300] （3）对测试结果所包含的内容并不清楚，很多时候测试结果中包含了大量的测试误差，导致很多文献报道的性能测试结果和变化规律相互矛盾。[/color][color=#993300] （4）测试分析仪器厂商对测试技术的理解、研究和技术培训有限，误导了仪器使用人员在测试操作和试验参数设置上的不正确，从而得出误差较大结果。[/color][color=#993300] （5）各种测试方法还缺乏针对性和覆盖能力，针对或满足新材料性能测试，还缺乏相应的标准测试方法或具体条款。[/color][/quote] 造成复合相变材料热性能测试中普遍存在问题，科技文献中大量数据错误的主要原因是：[quote][color=#993300] （１）材料研究人员不懂测试技术，而测试人员对材料特征缺乏足够的了解。[/color][color=#993300] （２）有关复合相变材料研究报告和文献的审稿人一般都是搞材料的专业人员，他们对材料工艺非常熟悉和了解，对材料性能也只算是了解，也仅仅是数量级和大致范围的了解，但对材料性能的具体测试技术，特别是对测试方法的选择、测试仪器的操作细节等一系列保证准确测量的技术手段并不清楚。[/color][color=#993300] （3）材料研究人员和性能测试人员缺乏充分的技术交流。[/color][color=#993300] （4）测试人员针对复合相变材料热性能测试缺乏深入的测试方法研究。[/color][/quote][color=#ff0000]5. 典型错误案例[/color][color=#ff0000]5.1. 金属泡沫复合相变材料导热系数测试典型错误案例[/color] 上海交通大学肖鑫等人研究了不同孔隙率和孔径大小的泡沫铜和泡沫镍，其中导热系数测试则采用了瞬态平面热源法。对于泡沫铜材料，当孔隙率为89%和孔径为1.0 mm时测试结果显示具有的最高有效导热系数为16.01 W/mk；对于泡沫镍材料，当孔隙率为91%和孔径为1.0 mm时测试结果显示具有的最高有效导热率为2.33 W/mk。作者指出，复合相变材料的有效导热系数随孔隙率的增加而减小，且不受孔隙大小的影响。 日本北海道大学的Oya等人采用泡沫镍和熔融温度为118℃的赤藓糖醇相变材料制备了高温复合相变材料，并采用激光闪光法测量了导热系数和比热容。综合测试结果表明，孔隙大小对潜热和熔点几乎没有影响，采用0.5 mm孔径大小的金属泡沫所制成的复合相变材料的导热系数从纯赤藓糖醇相变材料0.733 W/mk显著提升到复合相变材料的11.6 W/mk。与上述肖鑫等人的研究结论相反，Oya等人认为孔径大小对导热系数有显著的影响，因为随孔隙大小的增加骨架的连通性从0.1 mm增加到0.5 mm，从而在较大孔径情况下导致更高的导热系数，这种结论意味着金属泡沫的质量非常重要，因为骨架的连通性保证了传热路径。 美国太平洋西北国家实验室的Hong和Herling 制作了石蜡/铝泡沫复合相变材料并测量它们的导热系数，所用泡沫铝的孔隙率为92～93%、孔径大小在0.5～2.0 mm范围内，导热系数测试采用了稳态恒定热流法。所报道的归一化有效导热系数，即复合相变材料有效导热系数与纯相变材料导热系数的比值，在20～44范围内。从测试结果可以看出, 随着 PCM 从固态到液态的变化，归一化有效导热系数增加。作者将这种增加归因于泡沫金属和液态PCM之间更好的热接触。不同于肖鑫等人和Oya等人得出的结论，测试结果清楚地显示有效导热系数随着泡沫铝孔径的减小而增加，特别是当孔径为0.5 mm时导热系数最大。 上述三篇研究文献非常典型，都是针对金属泡沫制成的复合相变材料进行了测试，测试方法分别采用了瞬态平面热源法（金属泡沫孔径范围1～5 mm）、激光闪光法（金属泡沫孔径范围0.1～0.5 mm）和稳态恒定热流法（金属泡沫孔径范围0.5～2 mm），但针对导热系数与金属泡沫孔隙率和孔径大小的关系，他们所得出的结论完全不同。[color=#ff0000]5.2. 泡沫碳复合相变材料导热系数测试典型错误案例[/color] 中科院山西煤化所钟雅娟等人用石蜡和中间相沥青基石墨泡沫制备复合相变材料，使用了四种不同孔径大小和体积密度的石墨泡沫做为样品，并用激光闪光法测量了石墨泡沫的导热系数。低容重的石墨泡沫具有较大的孔隙率，可容纳较多石蜡，测试结果显示热扩散系数高度取决于石墨泡沫骨架的孔径大小和厚度。 上述只是一篇典型的泡沫碳复合相变材料研究文献，在众多泡沫碳复合相变材料导热系数测试文献中多采用的是激光闪光法，很多得到的错误结论都是“热扩散系数高度取决于石墨泡沫骨架的孔径大小和厚度”。可以证明的是，对于泡沫碳这种高孔隙率、高导热和低密度材料，其热扩散系数取决于样品厚度的错误结论完全是对激光闪光法测试理论和测试仪器不了解造成，热扩散系数与样品厚度高度相关完全是因为测试误差所致。[color=#ff0000]5.3. 差热扫描量热仪测试典型错误案例[/color] 目前国内外针对复合相变材料的蓄热性能，全部采用的都是差示扫描量热仪（DSC）进行测试。我们调研了众多关于复合相变材料、特别是关于常温附近的相变材料和复合相变材料的文献报道，发现在所有文献中DSC测试相变材料的试验参数设置全是错误的，测试过程中的样品升降温速率几乎都在5℃/min以上，最大甚至达到了20℃/min，只有极个别的采用了0.5℃/min的低升降温速率。按照相关针对常温型相变材料DSC标准化测试方法研究成果，已经证明在升降温速率小于0.05℃/min时才能得到较准确的结果，升降温速率太快会给测量结果带来严重误差，如图 5‑ 1所示。[align=center][img=06.不同样品质量和不同加热速率效应,690,484]http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2018/01/201801292109236481_5646_3384_3.png!w690x484.jpg[/img][/align][align=center][color=#ff0000]图 5‑ 1 样品不同质量和不同升降温速度时的DSC测试结果[/color][/align] 有关DSC测试过程中升降温速率对测量精度的影响，以及常温型相变材料DSC测试标准化研究成果，将在后续报告中进行详细描述[color=#ff0000]6. 结论[/color] 针对动力电池用复合相变材料，特别是通过对复合相变材料热性能测试中国内外普遍存在的错误现象进行了分析，列出了各种典型错误现象和错误案例，并指出了产生这些错误的主要原因。 我们将在随后的工作和研究报告中，特别针对动力电池用复合相变材料的热性能测试问题，详细描述如何选择合理的测试方法和测试仪器，详细描述测试过程中如何设置正确的试验参数，从而保证复合相变材料热性能测试的准确性和重复性。[color=#ff0000]7. 参考文献[/color] （1）Xiao X, Zhang P, Li M. Effective thermal conductivity of open-cell metal foams impregnated with pure paraffin for latent heat storage. Int J Therm Sci 2014 81:94-105. （2）Oya T, Nomura T, Okinaka N, Akiyama T. Phase change composite based on porous nickel and erythritol. Appl Therm Eng 2012 40:373-7. （3）Hong ST, Herling DR. Effects of surface area density of aluminum foams on thermal conductivity of aluminum foam-phase change material composites. Adv Eng Mater 2007 9:554-7. （4） Zhong YJ, Guo QG, Li SZ, Shi JL, Liu L. Heat transfer enhancement of paraffin wax using graphite foam for thermal energy storage. Sol Energy Mater Sol Cells 2010 94:1011-4. （5） Zhang, P., X. Xiao, and Z. W. Ma. "A review of the composite phase change materials: Fabrication, characterization, mathematical modeling and application to performance enhancement." Applied Energy 165 (2016): 472-510.[align=center] [img=,640,20]http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2018/01/201801292109565831_9881_3384_3.gif!w640x20.jpg[/img][/align]

[img]http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2009/08/200908301013_168389_1610969_3.jpg[/img]锂电池[color=#DC143C]目录[/color]锂电池的概述 锂电池的特点 锂电池的结构 锂电池的应用 锂电池的研究 锂离子电池的作用 锂离子电池发展史 锂离子电池发展前景 锂电池的概述锂电池的特点锂电池的结构锂电池的应用锂电池的研究锂离子电池的作用锂离子电池发展史锂离子电池发展前景• 电池的基本性能• 锂离子电池的特征• 锂电池的保护电路• 简易充电电路• 单节锂电池的应用举例• 锂电池的保存• 注意事项• “超级”锂电池