钠离子电池热失控与火灾行为的多尺度研究：过充电与外部加热耦合滥用模式下的安全机制解析

这篇研究系统探讨了钠离子电池(SIBs)在过充电(SOC 100-150%)与外部加热耦合滥用下的热失控(TR)行为。通过量化火焰温度场(峰值达15.49 kW/m2)、辐射热通量(253.9 kJ/m2)等参数，首次建立了多指标评分体系，揭示SOC 130%时出现非单调性燃烧强度拐点，为SIBs在新能源领域的安全应用提供了实验依据。

　　

Highlight

钠离子电池(SIBs)在热滥用条件下展现出独特的过充电响应机制。当SOC>130%时，剧烈的内部反应导致结构失效和可燃物喷射，形成"先增强后减弱"的火焰温度曲线，这种非线性特征显著区别于锂离子电池(LIBs)的单调变化规律。

Thermal Runaway Process

图2展示了不同SOC水平下SIBs热失控的五阶段特征时序：安全阀开启→气体释放→剧烈爆炸→稳定燃烧→熄灭。随着电池温度上升，电解质蒸发产生的内压触发安全阀爆破，喷射的电解液蒸汽形成可燃气溶胶云，在150%SOC时出现铝集流体熔融现象(>660°C)，证实了极端条件下的材料失效。

Conclusion

本研究首次采用熵权-TOPSIS混合评分法，量化评估了过充电SIBs的TR风险与火灾危害。发现：1)150%SOC电池因内部恶化反应具有最高TR风险评分(9.8/10)；2)110%SOC电池凭借持续燃烧时长(ΔT_max=892°C)产生最强火焰危害。该成果为开发基于NFM正极的下一代安全型SIBs提供了关键实验数据库。