锂离子电池热失控多信号融合预警方法：适用于过充与过热条件的NCM523/石墨体系研究

本文针对锂离子电池(LIB)热失控(TR)问题，提出了一种基于气体(H2/CO)、声学(安全阀开启)和电压异常信号(ΔU≥1.5V)的三级预警体系。通过增量容量分析(ICA)和差分电压分析(DVA)揭示了NCM523/石墨电池在过充(120-140% SoC)时活性材料损失(LAM)与锂库存损失(LLI)的衰变机制，为电池管理系统(BMS)提供了超过48分钟的预警窗口期。

　　

Highlight

本研究通过实验监测14Ah NCM523/石墨方形电池在过充和过热条件下的多信号演变，揭示了电压、温度和气体(H₂/CO)的协同预警机制。创新性地建立了三级预警体系：气体信号(Ⅰ级：检测到H₂和CO)→声学信号(Ⅱ级：安全阀开启)→电压异常信号(Ⅲ级：ΔU≥1.5V)，为电池安全防护提供了"黄金48分钟"应急窗口。

Battery samples

实验采用商用NCM523/石墨体系方形电池(14Ah)，充放电截止电压为4.2V/2.8V。测试前通过三次恒流恒压(CCCV)循环进行活化，电流设置为0.5C(7A)。这种预处理确保了电池初始状态的标准化，为后续滥用条件测试奠定基础。

Phenomenon

图S1展示了不同倍率过充和不同荷电状态(SoC)过热实验的喷发特征：四个典型阶段包括初始升温/过充期→安全阀开启→加速喷射期→最终热失控(TR)。特别值得注意的是，当检测到H₂时电池内部已发生电解液分解，此时LLI成为主导衰变模式，这为早期预警提供了关键时间节点。

Conclusions

通过ICA/DVA分析证实：过充至120-140% SoC时电池主要发生LAM，而当H₂出现后则转变为LLI主导。该发现不仅阐明了NCM523体系在极端条件下的衰变路径，更验证了多信号融合预警策略在复杂应用场景中的普适性优势。