钠离子与锂离子电池热失控特性的大气调控机制及多维安全评估体系研究

【编辑推荐】本研究通过对比钠离子电池(SIB)与锂离子电池(LIB)在空气/惰性气体环境下的热失控(TR)行为，首次构建整合气体爆炸性、毒性和燃烧热等多维参数的安全评估数据库，并提出"期望贡献法"解决传统评估方法中维度差异与权重失衡问题，为新兴电池化学体系的安全设计提供量化框架。

　　

Highlight

本研究揭示了锂离子电池(LIB)与新兴钠离子电池(SIB)在热失控(TR)行为上的关键差异：在低氧环境下，镍钴锰(NCM)电池和SIB的气体生成量降低35%以上，而磷酸铁锂(LFP)电池表现稳定。气体组分分析显示，NCM电池的CO₂/CO和O₂/N₂比值显著下降，但SIB和LFP的气体组成基本不变。这些发现为电池安全设计提供了重要依据。

Future prospects

本工作不仅揭示了LFP、NCM523和钠离子电池(NIBs)在氧化/惰性条件下的独特TR行为，更创新性地提出了考虑数据统计特性的多维安全评估框架。通过"期望贡献法"有效解决了传统方法（如TOPSIS、PCA和中位数排序）的核心缺陷——确保各参数在综合评分中能真实反映预设权重，这对缺乏主导指标或参数尺度差异大的场景尤为重要。

Conclusions

通过控制电池体积（与模块集成和热管理直接相关的关键参数），本研究精准量化了不同电池化学体系的固有热危害特性。实验证明：在密封空气环境中，所有电池类型均发生剧烈燃烧；而在惰性条件下，NCM和SIB的峰值温度分别降低18.7%和23.4%。建立的评估模型首次实现了跨化学体系的绝对安全评分，为电池系统风险分区和热缓解策略制定提供了科学工具。