固態(tài)電池作為下一代電化學(xué)能源技術(shù)的核心方向，其高能量密度與高安全性的雙重潛力正吸引研發(fā)與產(chǎn)業(yè)的密集投入。然而，電池內(nèi)部的熱行為——尤其是充放電過程中產(chǎn)熱的時(shí)空分布特性，始終是影響電池性能、壽命與安全的關(guān)鍵因素。不均勻的熱分布可能引發(fā)局部過熱、加速材料退化，甚至導(dǎo)致熱失控，而傳統(tǒng)整體熱測量手段難以揭示微觀與介觀尺度的動態(tài)熱過程。

因此，精準(zhǔn)、原位、多維地測量固態(tài)電池內(nèi)部產(chǎn)熱的時(shí)空演變，不僅是對其熱管理設(shè)計(jì)的重要支撐，更是深入理解電化學(xué)-熱耦合機(jī)制、推動材料與結(jié)構(gòu)優(yōu)化的科學(xué)基礎(chǔ)。本文將介紹中科熱儀在此領(lǐng)域取得的技術(shù)突破：通過創(chuàng)新性的計(jì)算理論與高分辨率方法，實(shí)現(xiàn)了對固態(tài)電池內(nèi)部產(chǎn)熱動態(tài)的全場、實(shí)時(shí)、立體監(jiān)控與測算，為電池設(shè)計(jì)與安全評估提供了洞察工具，助力固態(tài)電池從實(shí)驗(yàn)室走向規(guī)模化可靠應(yīng)用。

中科熱儀創(chuàng)新研發(fā)的電池產(chǎn)熱時(shí)空分布分析儀BSA，可以快速、準(zhǔn)確測量工作狀態(tài)下電池的產(chǎn)熱時(shí)空分布與溫度時(shí)空分布，實(shí)現(xiàn)了更高維度、更多工況下電池?zé)崽匦缘娜姹碚鳌?/span>

圖1 中科熱儀BSA-600A電池?zé)釙r(shí)空分布特性分析儀

中科熱儀的BSA-600A電池?zé)釙r(shí)空分布特性分析儀是測量電池不均勻熱特性與熱行為的專業(yè)儀器，通過準(zhǔn)確測量與識別電池的全維度熱物性參數(shù)，結(jié)合高精度表面溫度場測量，使用專業(yè)三維傳熱比例模型，實(shí)現(xiàn)電池?zé)釙r(shí)空分布特性分析。BSA可拓展多通道同步測試，顯著提高測量效率與信息通量。BSA突破電池?zé)峋鶆蛐圆荒軠y、測不準(zhǔn)的瓶頸問題，為電池?zé)嵋恢滦院Y選、熱管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)、電池老化研究、熱失控風(fēng)險(xiǎn)評估等提供全面的科學(xué)數(shù)據(jù)支撐。

儀器的核心優(yōu)勢：

• 創(chuàng)新理論方法，實(shí)現(xiàn)由表面溫度分布到產(chǎn)熱時(shí)空分布的準(zhǔn)確計(jì)算。

• 兼容不同規(guī)格樣品，實(shí)現(xiàn)軟包、圓柱、方形電池?zé)釙r(shí)空分布測量。

• 自適應(yīng)識別測量過程參數(shù)，顯著提高測量結(jié)果的準(zhǔn)確性與可靠性。

• 多通道同步測試、多工況程控連續(xù)測試，大幅提高電池測量效率。

• 可準(zhǔn)確測量不同工況、不同工藝、不同老化對熱時(shí)空分布的影響。

使用BSA對某固態(tài)軟包電池進(jìn)行25℃下的1C放電過程測試，空間分辨率為2mm×2mm，時(shí)間分辨率為1s，電極位于x=0邊緣處，左邊為正極、右邊為負(fù)極。

電池樣品的尺寸規(guī)格如下：

圖2 待測電池尺寸規(guī)格

在600s、3500s時(shí)測量到的表面溫度分布為：

圖3 600s時(shí)的表面溫度分布

圖4 3500s時(shí)的表面溫度分布

表面溫度的時(shí)空分布間接反映出產(chǎn)熱的時(shí)空差異的存在，但是由于特定的熱邊界條件，產(chǎn)熱較高位置對應(yīng)的溫度值不一定較高：在電池產(chǎn)熱較高的電極位置，溫度相對較低。這進(jìn)一步說明了準(zhǔn)確測量產(chǎn)熱時(shí)空分布特性的必要性：溫度分布并不能直接體現(xiàn)出產(chǎn)熱的高低。

使用BSA測量得到的固態(tài)電池產(chǎn)熱時(shí)空分布結(jié)果如下：

圖5 0s時(shí)的產(chǎn)熱空間分布

圖6 600s時(shí)的產(chǎn)熱空間分布

圖7 1200s時(shí)的產(chǎn)熱空間分布

圖8 2000s時(shí)的產(chǎn)熱空間分布

圖9 3000s時(shí)的產(chǎn)熱空間分布

圖10 3500s時(shí)的產(chǎn)熱空間分布

圖5-圖10展示了不同放電階段對應(yīng)的產(chǎn)熱空間分布特性：

• 在放電開始前，空間各處產(chǎn)熱都為零；
• 在放電初始階段（0~1200s），產(chǎn)熱主要集中于正極附近；
• 在2000s時(shí)，主要產(chǎn)熱區(qū)域在正負(fù)極附近；
• 在3000s時(shí)，整體產(chǎn)熱較為均勻，正極附近略高一些；
• 在3500s時(shí)，電池中間大部區(qū)域產(chǎn)熱較高。