固态电池产热时间与二维空间分布特性

固态电池作为下一代电化学能源技术的核心方向，其高能量密度与高安全性的双重潜力正吸引研发与产业的密集投入。然而，电池内部的热行为——尤其是充放电过程中产热的时空分布特性，始终是影响电池性能、寿命与安全的关键因素。不均匀的热分布可能引发局部过热、加速材料退化，甚至导致热失控，而传统整体热测量手段难以揭示微观与介观尺度的动态热过程。

因此，精准、原位、多维地测量固态电池内部产热的时空演变，不仅是对其热管理设计的重要支撑，更是深入理解电化学-热耦合机制、推动材料与结构优化的科学基础。本文将介绍中科热仪在此领域取得的技术突破：通过创新性的计算理论与高分辨率方法，实现了对固态电池内部产热动态的全场、实时、立体监控与测算，为电池设计与安全评估提供了洞察工具，助力固态电池从实验室走向规模化可靠应用。

中科热仪创新研发的电池产热时空分布分析仪BSA，可以快速、准确测量工作状态下电池的产热时空分布与温度时空分布，实现了更高维度、更多工况下电池热特性的全面表征。

图1 中科热仪BSA-600A电池热时空分布特性分析仪

中科热仪的BSA-600A电池热时空分布特性分析仪是测量电池不均匀热特性与热行为的专业仪器，通过准确测量与识别电池的全维度热物性参数，结合高精度表面温度场测量，使用专业三维传热比例模型，实现电池热时空分布特性分析。BSA可拓展多通道同步测试，显著提高测量效率与信息通量。BSA突破电池热均匀性不能测、测不准的瓶颈问题，为电池热一致性筛选、热管理系统设计、电池老化研究、热失控风险评估等提供全面的科学数据支撑。

仪器的核心优势：

• 创新理论方法，实现由表面温度分布到产热时空分布的准确计算。

• 兼容不同规格样品，实现软包、圆柱、方形电池热时空分布测量。

• 自适应识别测量过程参数，显著提高测量结果的准确性与可靠性。

• 多通道同步测试、多工况程控连续测试，大幅提高电池测量效率。

• 可准确测量不同工况、不同工艺、不同老化对热时空分布的影响。

使用BSA对某固态软包电池进行25℃下的1C放电过程测试，空间分辨率为2mm×2mm，时间分辨率为1s，电极位于x=0边缘处，左边为正极、右边为负极。

电池样品的尺寸规格如下：

图2 待测电池尺寸规格

在600s、3500s时测量到的表面温度分布为：

图3 600s时的表面温度分布

图4 3500s时的表面温度分布

表面温度的时空分布间接反映出产热的时空差异的存在，但是由于特定的热边界条件，产热较高位置对应的温度值不一定较高：在电池产热较高的电极位置，温度相对较低。这进一步说明了准确测量产热时空分布特性的必要性：温度分布并不能直接体现出产热的高低。

使用BSA测量得到的固态电池产热时空分布结果如下：

图5 0s时的产热空间分布

图6 600s时的产热空间分布

图7 1200s时的产热空间分布

图8 2000s时的产热空间分布

图9 3000s时的产热空间分布

图10 3500s时的产热空间分布

图5-图10展示了不同放电阶段对应的产热空间分布特性：

• 在放电开始前，空间各处产热都为零；
• 在放电初始阶段（0~1200s），产热主要集中于正极附近；
• 在2000s时，主要产热区域在正负极附近；
• 在3000s时，整体产热较为均匀，正极附近略高一些；
• 在3500s时，电池中间大部区域产热较高。