钠离子与三元锂混合电池组的热失控传播特性及安全优化研究

【编辑推荐】本研究通过构建纯电池组（SIB/NCM/LFP）和五种钠锂混合配置（AB1-AB5），首次系统揭示了钠离子电池（SIB）在热失控中的自抑制特性（峰值温度仅489°C）及三元锂（NCM）的剧烈反应（1193.3°C），提出基于热缓冲-空间绝缘双效应的混合布局优化策略，为下一代安全高效钠锂混合储能系统提供实验依据。

　　

Highlight
钠离子电池（SIB）与三元锂（NCM）混合电池组的热失控传播特性

Experimental objects and apparatus
本研究选用尺寸统一的18650圆柱电池（LFP/NCM/SIB）构建八组电池模块，通过外部加热诱发热失控，同步采集高速影像、电压-温度数据、质量损失及形貌分析，定量评估化学组成与空间排列对热传播路径的影响。

Thermal propagation characteristics of pure battery systems
纯电池组热失控分为四个阶段：

• 阶段I（初始加热）：NCM组最早触发热失控（331秒），SIB组最迟（461秒）；
• 阶段III（热失控传播）：NCM峰值温度达1193.3°C并伴随剧烈喷发，SIB仅489°C且具自抑制性，LFP居中（659.9°C）。

Conclusion
创新性发现：

1. 钠离子电池（SIB）作为热屏障可延迟传播并降低26.9%质量损失（AB2配置最优）；
2. 五维雷达图（峰值温度/失控单元数/质量损失率/触发时间/传播时长）证明SIB-NCM混合布局能平衡热安全与能量输出；
3. 为商用钠锂混合储能系统（如CATL方案）提供微观结构设计范式。

CRediT authorship contribution statement
作者团队通过多物理场分析（上海理工大学机械工程学院）验证了SIB的“热缓冲-绝缘”双效应，成果发表于NSFC（52277222）资助项目。

Declaration of Competing Interest
无利益冲突声明。

Acknowledgments
感谢中国国家自然科学基金（52277222）和上海市科委（22ZR1444500）的支持。