加热速率对大型锂离子电池热失控及气体成分影响的实验研究

这篇综述通过实验研究了不同加热速率（4-24°C/min）对64Ah NMC（镍锰钴） pouch（软包）电池和100Ah LFP（磷酸铁锂） prismatic（方形）电池热失控（TR）行为的影响，重点分析了表面温度演变、气体成分（如CO2/CO）、总热释放（THR）等关键参数，为储能系统安全设计提供了实证数据。

　　

Highlight

本研究通过加压惰性环境下的实验，揭示了局部非均匀加热速率对大型锂离子电池热失控（TR）行为的影响机制，填补了NMC（镍锰钴）和LFP（磷酸铁锂）电池在模块化场景下的安全研究空白。

Cell temperature behaviour during thermal runaway（热失控期间的电池温度行为）

温度演变分为四个阶段：

1. 1.

   电池预热阶段：温度仅受外部热通量和电池内部导热影响；

2. 2.

   产热阶段：电解液分解等放热反应开始贡献温升；

3. 3.

   指数温升阶段（TR阶段）：温度骤升至峰值，伴随剧烈气体喷射；

4. 4.

   冷却阶段：反应物耗尽后温度逐渐下降。

   研究发现，加热速率显著影响TR触发时间（如24°C/min比4°C/min快3倍）和最高温度（LFP电池峰值温差达120°C），但对总气体体积影响较小。

Conclusions

1. 1.

   加热速率每增加1°C/min，NMC电池TR触发时间缩短约15秒；

2. 2.

   LFP电池的气体成分（如H₂/CO₂比例）与加热速率呈线性相关；

3. 3.

   局部加热会导致电池表面温度梯度高达40°C/cm，加剧模块热传播风险。

   这些发现为建立TR预测模型提供了关键参数，助力设计更安全的储能系统。