近日，我院安全工程博士研究生彭荣琦在锂离子电池热失控数值模拟研究方面取得重要进展，相关综述文章《不同尺度锂离子电池热失控建模的最新进展与展望》（Thermal runaway modeling of lithium-ion batteries at different scales: Recent advances and perspectives）发表在《Energy Storage Materials》。《Energy Storage Materials》是能源与化学领域的国际顶级期刊，目前影响因子为18.9（SCI一区Top）。论文第一作者为博士研究生彭荣琦，通讯作者为孔得朋教授，中国石油大学（华东）为第一署名单位和唯一通讯单位，该研究得到了国家自然科学基金和国家重点研发计划的资助支持。
论文首页
随着公众期望的提高和应用场景的日益复杂，若干数量的锂离子电池（LIBs）以串并联方式组装成模组/电池包以提高储能容量，进而组合成更大规模的储能系统。然而，锂离子电池的大规模应用正面临着前所未有的挑战。意外的电气、热或机械滥用将引发严重的LIBs热安全问题，导致不可控的热失控（TR）事件。TR事件会加速电池内部材料的快速分解，触发链式放热反应，进而引发火灾或爆炸。
在TR研究领域，数值模拟凭借低风险和成本适当等优势，成为研究LIBs的TR特征和机制的关键方法之一，是推动LIBs热安全设计的重要工具。早期的TR建模工作主要集中于单个电池或单一尺度，无法完全预测大规模应用中多种物理现象可能同时发生的多电池失效。本研究多尺度系统性回顾了锂离子电池的热失控建模方法，并为热失控建模的未来发展方向提出了自己的见解与看法，该文章如图1所示，按LIBs尺度由粒子级、单体级、模组级与系统级依次全面回顾了LIBs的TR演化过程、潜在机制与建模研究。伴随着多尺度、多物理场耦合模型的发展趋势，提出了具有价值见解的若干加速TR建模方法以适应该趋势的策略。
不同尺度下锂离子电池热失控作用机制、演化特征与其过程中所涉及的建模技术
由于锂离子电池热失控的高非线性带来的复杂性，热失控建模涉及到热力学、机械力学、电化学和流体动力学等众多学科，由此构建出了不同类型、不同精度的模型来描述电池热失控的各类现象。越来越多的研究强调了多物理场耦合模型的重要性，该类模型有助于整合各种物理现象，以更加现实地模拟来深入了解不同现象与机制间的相互作用，代表着未来一个重要的发展趋势。除了多物理场耦合模型，多尺度模型也得到了进一步发展，以满足应用规模的不断扩大。如图2所示，本文章围绕计算精度和效率的平衡、机器学习的结合、仿真与现实的连结、开源热安全数据库的构建四个方面提出了自己的见解。
促进锂离子电池热失控多物理场耦合模型开发的前瞻策略示意图
论文链接：https://doi.org/10.1016/j.ensm.2024.103417
