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排气研究方面取得重要进展，相关研究文章《封装电池组内排气对热失控传播影响的实验研究》（Experimental investigation of the influence of venting gases on thermal runaway propagation in lithium-ion batteries with enclosed packaging）发表在《eTransportation》。《eTransportation》是由交通电动化领域国际著名专家欧阳明高院士创刊建立，致力为全球学术和产业界服务的国际交通电动化期刊。目前期刊最新SCI影响因子15.1，中科院学术期刊工程技术领域Q1区的TOP期刊；位列全球交通科学技术领域的SCI学术期刊第1位。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。
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在当今电动化与清洁能源快速发展的背景下，锂离子电池在交通与储能领域中获得了广泛应用。然而，由于其内部活性化学物质在滥用条件下易触发热失控，在缺乏防护时会在电池包内迅速传播，引发严重的安全事故。尽管已有大量研究对开放式实验环境电池热失控与热失控传播机理及影响因素进行了深入剖析，但实际应用中，电池模组通常封装于封闭或半封闭式结构内。此时，电池热失控排放的高温可燃气体、电解液蒸汽与固体颗粒形成的多相射流在狭小空间内的聚集与扩散，使得电池的传热路径与热量累积变得更加复杂。基于此，深入研究在封装条件下热失控排放气体对电池模块热失控传播的影响，对于完善电池模块安全设计和降低事故风险具有重要的现实意义。
本研究针对磷酸铁锂电池包两种封装设计（正常封装与隔离排气封装）进行了对照实验。第一种模拟典型电池包设计，在电池上方设有封顶结构，使排气在模块内受限流动；第二种在电池模组上方增设气流隔离通道，以物理方式隔离排气并防止其扩散到其它电池。研究在不同的加热触发热失控位置和不同荷电状态条件下两种封装电池模块的热失控传播行为、温度以及质量损失速率。研究的整体工作流程如图所示。
研究工作流程图
研究结果表明，封装状态下的电池模组一旦发生热失控，释放的排气会在封闭或半封闭的空间内积聚和扩散，同时伴随着高温电解液和固体颗粒的沉积。这些现象导致后端电池在安全阀开启前即被显著预热，从而缩短了前后端电池间的热失控间隔时间，加速了热失控传播。这在高荷电状态条件下表现更为明显。
基于上述发现，研究为电池包的安全设计提供了宝贵的见解，建议在设计中实现对排气的有效引导与隔离，以降低热失控传播的风险。此外，排气隔离包装设计需适应不同电池化学体系和应用规模的需求，从而提升电池模组的整体安全性。
未来的研究需进一步精确量化排气的热量贡献，并考虑实际应用中的模组高压母线、柔性印刷电路等电气结构及保护层对排气行为的影响。此外，电池的老化和SOC不平衡等因素也值得深入探讨。
论文链接：https://doi.org/10.1016/j.etran.2024.100388
