商用锂离子电池析氢行为的原位工况观测与热失控机理研究

项目概述

实时监测锂离子电池内部析氢（H₂）反应是破译电池热失控连锁诱因并根除火灾隐患的核心前沿课题。该研究利用表面修饰的原位光纤布拉格光栅（FBG）传感器，在多轮充放电循环工况下对商用 18650 电池内部的 H₂ 析出动力学进行了精准追踪。实验首次捕获到与电池内部温升紧密关联的 H₂ 可逆吸附-脱附与不可逆产气现象，并发现了一种独特的负温度系数（NTC）效应——当电池内部温度突破临界阈值时，H₂ 局部浓度反而随温度升高而呈反向降低趋势。理论模拟与解析计算证实，该现象源于菲克浓度扩散（Fickian diffusion）与索雷特热扩散（Soret diffusion）的共同作用，且该 NTC 行为能够在关键临界点显著缓解热失控的剧烈恶化，为设计本质高安全下一代动力电池提供了坚实的理论指导。封面视觉精准贯通宏观应用场景与微观电化学反应：背景为电动汽车充电站群，一辆过充过热处于起火边缘的车辆具象化展现了热失控的现实危害；前景特写则纵深切入圆柱形 18650 电池，高亮透镜视窗精细还原了电极层间 H₂ 分子的释放、吸脱附与定向扩散流向，生动揭示了原位光纤传感精准破译电池内部“气体信号”、守护电池安全运行的科学图景。