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Trident™ 熱傳導儀應用：電池軟包各向異性熱傳導率分析
摘要與背景
本應用亮點展示了如何利用C-Therm FLEX瞬態平面熱源 (TPS) 系統，搭配單面測試組件，來研究鋰電池軟包各向異性的熱傳導特性。
電池單元在放電時會產生熱量。若電池系統的熱管理不當，可能導致電容量下降、效率降低、加速老化，在極端情況下甚至會引發如熱失控等災難性的安全危害。因此，對電池熱特性（包括熱傳導率）進行完整的分析，是成功進行熱管理的關鍵。
圖 1 由於熱管理不當導致膨脹的鋰電池軟包。
圖 2 C-Therm 13mm FLEX TPS熱傳導率傳感器
各向異性熱傳導
由於電池具有多層結構，其熱傳導配置通常呈各向異性 (Anisotropic)。通常情況下，內面方向 (In-plane, R方向)的熱傳導效率遠高於穿面方向 (Through-plane, Z方向)。
圖 3 內面與穿面方向熱傳導示意圖
透過 C-Therm的FLEX TPS熱傳導傳感器，可以將這兩個方向的熱傳導率分開測量。值得注意的是，穿面方向的熱傳導會受到電池層間熱接觸電阻的影響。因此，機械壓力、表面粗糙度等因素會直接影響有效的熱傳導率。
測試結果與分析
只要已知或可測定電池單元的體積比熱 (
)，即可實現兩個方向的熱傳導率分離。
表 1 熱傳導率測量結果與計算得到的幾何平均值（穿面方向,內面方向,平均值與塊材）
註：幾何平均值計算公式為 。
測得的熱傳導率在Z方向與R方向差異巨大。這可能是因為作為電池外殼的鋁塑膜中的聚合物材料抑制了Z方向的熱傳導，而鋁箔則主導了R方向的熱傳導。
熱傳導率的幾何平均值與塊材值雖在本測試中接近，但與Z或R方向的數值有著相當顯著的差異。這說明了量測此類材料的熱傳導特性時進行各向異性分析的重要性，因為塊材整體的熱傳導率無法代表真實的熱傳導情況。
關於C-Therm
C-Therm 是全球熱傳導儀器的領導者，專門用於聚合物、陶瓷、複合材料、絕緣材料與紡織品等材料的測試與測量。公司總部位於加拿大新布倫瑞克省弗雷德里克頓，致力於提供非破壞性熱分析解決方案，服務領域涵蓋航太、汽車、電子及能源儲存等產業。
欲了解更多關於 Trident 熱傳導儀的資訊，請造訪：www.TridentThermalConductivity.com。
