基于能量主动调控的锂离子电池模组热失控传播抑制机制研究

本文系统研究不同放电倍率（0.5C-3C）对锂离子电池（LIB）模组热失控传播（TRP）的抑制机制，发现膨胀力波动可作为TRP早期预警指标，高倍率放电通过降低模组能量状态（SOE）显著延迟安全阀泄压（venting）、内部短路（ISC）等特征事件，为电池系统动态风险管理提供新策略。

　　

Highlight

本研究通过多维信号监测系统揭示了膨胀力波动与电池内部副反应的耦合机制，验证了其作为热失控传播（TRP）早期预警指标的可靠性。实验表明，高倍率放电（3C）可显著延迟电池模组特征事件发生时间，将2#电池泄压时间较0.5C延迟1485秒，并有效阻断TR链式反应，使模组最高温度降低超62%。

动态演化过程分析

图2至图4展示了不同放电倍率下锂离子电池失效过程中膨胀力、电压和温度的时序变化。在0.5C和1C放电倍率下，热失控（TR）进程较为相似，而3C倍率则呈现显著差异。根据膨胀力特征和观测现象，电池失效过程可分为三个阶段：对于0.5C和1C放电倍率，阶段一表现为膨胀力缓慢上升，反映内部副反应产气积累；阶段二以安全阀泄压为标志，伴随膨胀力骤降和电压跳水；阶段三为热失控爆发期，温度急剧攀升至峰值。值得注意的是，3C放电时电池模组的能量状态（SOE）被快速消耗，显著削弱了电池间能量传递效率，致使3#电池既未发生泄压也未产生内部短路（ISC），模组内所有电池均未出现热失控现象。

结论

本研究通过温度、电压和膨胀力的同步监测，系统考察了不同放电倍率（0.5C、1C、3C）对锂离子电池串联模组热失控传播（TRP）的影响，验证了紧急放电策略抑制该现象的有效性。高倍率放电不仅延长了特征事件间的时间窗口（如1#与2#电池泄压间隔从352秒延长至1837.5秒），更通过调控能量状态（SOE）阻断了热失控链式反应，为提升电池系统安全性提供了重要理论依据。