锂离子电池（LIB）因其高能量密度和长循环寿命等优点，在全球能源转型中发挥着重要作用。然而，锂离子电池的安全性问题，尤其是过充引发的热失控（thermal runaway, TR），已成为制约其广泛应用的关键因素。热失控可能引发火灾甚至爆炸，严重威胁公共安全。因此，深入研究锂离子电池过充热失控的机制，分析关键参数对其行为的影响，对于提高电池的安全性具有重要意义。
本文构建了一个综合的锂离子电池过充热失控气热模型，该模型结合了
电化学模型、副反应模型、热模型和内压计算模型，通过计算流体力学（CFD）方法实现。模型通过用户自定义函数（UDF）编译副反应模型，并使用CFD软件求解电化学和热模型，内压计算模型则通过Matlab求解。
电化学模型：采用Newman_P2D模型，基于质量守恒、电荷守恒和电化学动力学建立控制方程，描述锂离子在固相和液相中的传输过程。
热模型：基于能量守恒定律，忽略
电解液蒸发和气体对流等次要影响，通过热传导实现热量传递。
副反应模型：包括副反应产热模型和副反应产气模型。产热模型考虑了锂沉积、SEI膜分解、负极-电解液反应等多种副反应；产气模型则基于实验测定的主要气体组分（如CO、CO₂、CH₄等）及其生成机制。
内压计算模型：基于理想气体状态方程计算电池内部压力变化，并设定泄压阀的临界压力为2 MPa。
为验证模型的准确性，本文在100% SOC、2 C充电倍率下对电池过充热失控行为的模型仿真结果与实验数据进行了对比。结果表明，模型计算结果与实验数据具有良好的一致性，温度响应曲线的平均相对误差（MRE）为0.0537，电压响应曲线的MRE值为0.0152，气体组分占比的MRE值为0.0934。这表明模型能够准确模拟过充状态下电池的产热和产气行为。
过充热失控气热特性：
产热行为：电池过充过程可分为初期、中期、后期和热失控阶段。电化学反应、电解液分解反应和锂沉积反应是主要的产热来源。其中，电解液分解反应和锂沉积反应在过充后期的产热功率显著增加，最终导致热失控。
产气行为：电池内压在过充初期保持稳定，随着过充的持续，电解液分解反应加剧，气体生成速率显著增加，导致内压上升。当内压达到泄压阀的临界压力时，泄压阀开启。
关键参数影响分析：
充电倍率：充电倍率的增加会显著降低热失控SOC和泄压阀开启SOC。高充电倍率下，电池在过充初期的温升更快，导致锂沉积反应提前触发，进而加速热失控。
电解液分解电位：提高电解液分解电位可显著提高热失控SOC和泄压阀开启SOC。电解液分解电位的提高延缓了电解液分解反应的触发，从而降低了产气速率和内压上升速度。
综合影响分析：
充电倍率和电解液分解电位的综合作用表明，降低充电倍率和提高电解液分解电位可有效抑制热失控和泄压阀开启。然而，充电倍率的增加会显著削弱电解液分解电位对热失控SOC的抑制效果，但对泄压阀开启SOC的影响较小。
本文通过构建锂离子电池过充热失控气热模型，系统分析了充电倍率和电解液分解电位对电池热失控行为的影响。研究结果表明：
充电倍率和电解液分解电位是影响电池过充热失控行为的关键参数。降低充电倍率和提高电解液分解电位可有效抑制泄压阀开启和热失控触发。
充电倍率主要通过影响过充初期的电池温度，改变各副反应的反应速率，进而影响热失控行为；电解液分解电位则通过控制过充后期电解液分解反应的触发时刻，影响热失控行为。
提高充电倍率会显著削弱电解液分解电位对热失控SOC的抑制效果，但对泄压阀开启SOC的影响较小。
本研究为锂离子
电池材料的热安全设计提供了理论支持，有助于开发更安全的锂离子电池系统。
本文通过构建锂离子电池过充热失控气热模型，深入分析了充电倍率和电解液分解电位等关键参数对电池热失控行为的影响。研究结果表明，降低充电倍率和提高电解液分解电位可以有效抑制热失控和泄压阀开启。这些发现为锂离子电池的安全设计提供了重要的理论依据，有助于推动锂离子电池在
储能和电动汽车等领域的更广泛应用。
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青海 - 西宁
2025年07月09日 ~ 11日
