基于电化学调控策略的锂离子电池模组热失控传播抑制研究

针对锂离子电池模组中热失控传播(TRP)的安全难题，研究人员创新性地提出电化学调控策略，通过0.04C放电电流精准调控负极-电解液界面电子竞争，有效抑制NCM电池模组中自加热主导型TRP。该研究为电池主动安全管理提供了新范式，发表于《Journal of Energy Storage》。

　　

随着新能源产业的快速发展，锂离子电池作为核心储能部件，其安全性问题日益凸显。电池模组中单个电芯的热失控(TR)可能引发连锁反应，导致热失控传播(TRP)，这种"多米诺骨牌"效应严重威胁着电动汽车和储能系统的安全。传统被动防护手段如隔热材料和强制冷却系统，虽能延缓TRP进程，却无法从根本上阻断电芯内部放热反应。更棘手的是，大电流放电虽可快速消耗负极锂含量，但伴随的焦耳热反而会加速TR过程——这就像试图用吹风机熄灭蜡烛，风力越大火苗越旺。

针对这一行业痛点，中国的研究团队在《Journal of Energy Storage》发表突破性研究。他们另辟蹊径，提出"以电制热"的创新思路：通过精确匹配放电电流与界面反应速率，在负极-电解液界面制造电子"交通管制"，从而从源头上掐断热失控的"导火索"。研究发现，施加温和的0.04C放电电流（相当于1.6A）时，电化学反应会与热化学反应"争夺"界面电子，就像在化学反应赛道上设置合理的限速标志，既保证了电子有序转移，又避免了"飙车"引发的热量暴增。这种微妙的平衡使50Ah Li[Ni_xCo_yMn_z]O₂电池模组的TRP得到有效抑制。

研究团队采用多尺度实验验证体系：通过加速量热仪(ARC)量化单电芯TR特征温度点（T_initial自加热起始温度与T_onset热冲击起始温度）；构建双电芯/三电芯模组，结合气凝胶隔热层诱导自加热主导型TRP（T_initial-type）；采用电化学工作站精确调控放电策略。关键创新在于发现界面电子转移的"黄金比例"——当电化学电流I_E与热化学电流I_T达到动态平衡时，总产热(H_T+H_E)实现最小化。

【TR characteristics of individual cell】
ARC测试揭示单电芯TR的典型三阶段特征：自加热期（T_initial≈80°C）、热积累期、剧烈喷发期（T_onset≈180°C）。值得注意的是，SOC=100%时T_initial-T_onset窗口期达600秒，为电化学干预提供关键时间窗。

【Experimental setup】
模块实验创新性地采用气凝胶隔离相邻电芯，将TRP模式从外部传热主导（T_onset-type）转化为内部自加热主导（T_initial-type）。这种"化外为内"的设计思路，使电化学调控能够精准作用于界面反应这一核心靶点。

【Conclusion】
研究证实0.04C放电可使模组最高温度T_max降低142°C，TRP阻断成功率提升83%。该方法特别适用于电动汽车急加速等易引发自加热的场景，但对突发短路等T_onset-type TRP仍需结合其他防护措施。

这项研究开创了电池安全管理的"主动防御"新范式：不同于传统"隔-堵-灭"的被动思路，电化学调控如同给电池装上"智能刹车"，直接从反应动力学层面化解危机。其科学价值在于揭示了界面电子转移竞争机制，工程意义则体现在可集成于现有电池管理系统(BMS)的低成本实施方案。未来通过耦合人工智能预测算法，有望实现TRP的毫秒级主动拦截，为新能源产业筑起更坚实的安全防线。