潘崇超, 李 悅*, 李 娜, 李天奇, 金 泰, 秦建華

(1.北京科技大學(xué)能源與環(huán)境工程學(xué)院，北京 100083；2.國(guó)網(wǎng)綜合能源服務(wù)集團(tuán)有限公司，北京 100053)

近年來，伴隨著能源與環(huán)境的雙重壓力，中國(guó)新能源汽車產(chǎn)銷量增長(zhǎng)迅速[1-2]，據(jù)新能源汽車數(shù)據(jù)追蹤顯示，2018年，中國(guó)新能源汽車產(chǎn)銷總量分別為127萬輛和125.6萬輛。截至2019年，新能源汽車產(chǎn)銷分別完成124.2萬輛和120.6萬輛[3]。2020年上半年，新能源汽車的產(chǎn)銷量有所下降，但是長(zhǎng)期向好發(fā)展的態(tài)勢(shì)沒有變[4-5]。而動(dòng)力電池作為電動(dòng)交通工具儲(chǔ)存和轉(zhuǎn)化電能的重要載體[6]，如今成為科學(xué)領(lǐng)域的重要研究方向。目前市場(chǎng)上得到大規(guī)模商業(yè)化的二次電池主要有鉛酸電池、鎳氫電池、鎳鎘電池和鋰離子電池[7]。相較于其他幾款電池，鋰離子電池盡管沒有很長(zhǎng)的研發(fā)過程，但它卻因?yàn)楦弑饶芰俊㈤L(zhǎng)壽命、對(duì)環(huán)境友好[8-10]、放電平穩(wěn)、無記憶效應(yīng)[11]等諸多優(yōu)點(diǎn)而后來居上。

隨著鋰離子電池的廣泛應(yīng)用，它帶來的熱失控問題也越來越突出。眾所周知，高溫會(huì)大大縮短電池壽命[12]。即使在低于80 ℃的環(huán)境下，鋰離子電池也會(huì)發(fā)生退化[13]。大量研究表明，鋰離子電池在充放電過程會(huì)產(chǎn)生大量熱量并使自身溫度升高，由于鋰離子電池的自身材料特性，其最佳工作溫度區(qū)間為20～40 ℃，單體電池間溫度差應(yīng)小于5 ℃，溫度過高或過低都會(huì)影響其性能的發(fā)揮，甚至發(fā)生安全問題[14-16]。鋰離子電池的安全性取決于多種因素，如電池的幾何形狀、材料設(shè)計(jì)[17-19]、工作溫度、工作電壓、充電/放電速率[20]、電池初始狀態(tài)和老化效應(yīng)[21-23]、濫用條件(過熱，過度充電/過放電，機(jī)械變形)及冷卻系統(tǒng)[24-28]等。在極端工作條件下，電池會(huì)遭受熱失控，發(fā)生一系列放熱反應(yīng)觸發(fā)電池內(nèi)部短路，從而產(chǎn)生更多的熱量并加快反應(yīng)速度[29]。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，2019年前8個(gè)月，中國(guó)由電動(dòng)汽車引發(fā)的自燃事件高達(dá)40余起[30]。表1列舉了2014—2020年發(fā)生的部分動(dòng)力汽車起火事件及原因分析[31]。

鋰離子電池?zé)崾Э氐恼T因有很多種，大致可以分為三類：機(jī)械濫用、電濫用和熱濫用[32-33]。機(jī)械濫用指的是電池使用時(shí)受到碰撞、針刺、擠壓等外加力造成電池結(jié)構(gòu)的破壞；電濫用一般指電池短路、過充放電等，而熱濫用則由于外部高溫引起電池過熱導(dǎo)致熱失控的過程。3種誘因相互關(guān)聯(lián)，當(dāng)出現(xiàn)機(jī)械濫用時(shí)，由于電池隔膜的破裂，觸發(fā)了電池內(nèi)部正負(fù)極直接接觸短路，從而引發(fā)電濫用，此時(shí)，短路部位焦耳熱等產(chǎn)熱增加，熱量積聚，使得電池溫度急劇升高，發(fā)展為熱濫用，進(jìn)而觸發(fā)電池內(nèi)部一系列產(chǎn)熱副反應(yīng)，最終導(dǎo)致電池?zé)崾Э豙34-35]。

綜上所述，鋰離子動(dòng)力電池安全問題是限制當(dāng)前電動(dòng)汽車推廣使用的關(guān)鍵因素。為最大程度地降低鋰離子電池?zé)崾Э貛淼娘L(fēng)險(xiǎn)，目前中外已有大量研究團(tuán)隊(duì)針對(duì)不同濫用條件下的鋰離子電池?zé)崾Э貑栴}進(jìn)行了深入研究。從當(dāng)前中外鋰離子電池?zé)崾Э匮芯楷F(xiàn)狀出發(fā)，對(duì)現(xiàn)有的文獻(xiàn)進(jìn)行綜述總結(jié)，并通過文獻(xiàn)計(jì)量的方法分析了目前有關(guān)鋰離子電池安全性問題的研究熱點(diǎn)，旨在對(duì)未來鋰離子電池安全性的優(yōu)化提供參考。

1 鋰離子電池?zé)崾Э匮芯楷F(xiàn)狀

熱失控是由于電池材料的熱分解而產(chǎn)生的。由于熱失控而散發(fā)出的大量熱量和有害氣體會(huì)引起電池著火和爆炸[36]。電池受各種濫用條件的影響，即熱(過熱)，電(過充電/過放電)和機(jī)械(碰撞/針刺)產(chǎn)生熱失控狀態(tài)[37]。當(dāng)前鋰離子電池?zé)崾Э氐难芯恐饕詫?shí)驗(yàn)和模擬相結(jié)合的方式，針對(duì)鋰離子電池3種濫用條件下的熱失控行為進(jìn)行了大量的研究。下面針對(duì)不同濫用條件下鋰離子電池的熱失控行為進(jìn)行闡述。

1.1 機(jī)械濫用研究

由外加力引起電池發(fā)生破壞性變形和位移是機(jī)械濫用的典型特征。車輛碰撞帶來的電池組擠壓或刺入是機(jī)械濫用的典型條件[38-40]。

Maleki等[41]研究了針刺引起的短路電流放電速度的變化。結(jié)果表明，70%多的能量在60 s內(nèi)大量釋放，從而導(dǎo)致溫度顯著上升。同時(shí)釘子的位置可能會(huì)影響穿透過程中熱量釋放帶來的危害，較明顯的是散熱不充分的電極邊緣發(fā)生穿透更加危險(xiǎn)。

Chen等[42]通過實(shí)驗(yàn)分析了不同環(huán)境壓力對(duì)不同負(fù)極和荷電狀態(tài)(state of charge，SOC)的18650型鋰離子電池(LIBs)的熱失控和著火行為的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：電池的總質(zhì)量損失和總熱量釋放隨著SOC的升高而增加，隨著SOC每增加1%，處于高環(huán)境壓力的電池的燃燒熱量單位增長(zhǎng)率也更高。實(shí)驗(yàn)結(jié)果可為低環(huán)境壓力下LIBs的安全性提供參考。

Zhao等[43]對(duì)不同容量的電池和電池組進(jìn)行了外部短路測(cè)試和釘子穿透測(cè)試。同時(shí)使用改進(jìn)的熱電耦合模型對(duì)短路電池的行為進(jìn)行了仿真。結(jié)果表明，由于較小的電池內(nèi)部電阻較高，因此外部短路的情況更糟，之后提出了一種修改后的電化學(xué)-熱模型，該模型結(jié)合了釘子位置的額外熱源，并成功地描述了電池的溫度變化。

李頂根等[44]建立了大容量三元鋰離子電池的針刺模型，為保證結(jié)果的準(zhǔn)確性，在假定比熱容、密度、導(dǎo)熱系數(shù)不隨溫度變化的前提下，采用了“環(huán)狀分區(qū)法”，以針刺點(diǎn)為中心，增加半徑依次向外劃分區(qū)域，仿真結(jié)果表明越靠近針刺點(diǎn)，電池溫度越高；隨著時(shí)間的推移，散熱增加，不同區(qū)域的溫差減小。此外，這里還對(duì)不同刺針半徑下的產(chǎn)熱率和溫度進(jìn)行了比較，結(jié)果顯示：刺針半徑越小，內(nèi)阻越大，熱量越多。

李宇等[45]基于針刺熱失控機(jī)理，搭建了圓柱形磷酸鐵鋰電池?zé)崾Э仄脚_(tái)，與以往單一實(shí)驗(yàn)不同，這里進(jìn)行了6組對(duì)比試驗(yàn)，分別觀測(cè)了鎢針刺穿下電池電壓和表面溫度的變化情況，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明針刺造成的電池破壞帶有隨機(jī)性。

1.2 電濫用研究

Huang等[46]通過實(shí)驗(yàn)的方法分析了具有相同容量和化學(xué)性質(zhì)的棱柱形和袋狀鋰離子電池在過充電期間的內(nèi)部故障機(jī)理和相關(guān)的外部特性，根據(jù)不同階段電壓和溫度曲線，得出袋式電池具有更好的熱行為特性和過充電耐受性，而棱柱形電池具有更好的熱失控緩沖特性，較小的變形和較長(zhǎng)的預(yù)警時(shí)間。這些結(jié)果對(duì)深入了解電池系統(tǒng)安全性和熱管理設(shè)計(jì)提供了參考。

孫延先等[47]在以往對(duì)單一電芯及材料的過充仿真的基礎(chǔ)上，搭建了模組過充熱擴(kuò)散仿真模型，該模型利用了內(nèi)阻法和內(nèi)短路模型，分析了熱失控過程中電芯溫度及生熱速率的變化，最后將仿真結(jié)果和測(cè)試結(jié)果進(jìn)行比較，表現(xiàn)出較好的一致性，為后續(xù)深入研究電池包的熱失控?cái)U(kuò)散特性提供了參考。崔志仙等[48]則從內(nèi)部?jī)?nèi)短路觸發(fā)機(jī)理出發(fā)，利用多物理場(chǎng)耦合軟件COMSOL Multiphysics構(gòu)建了鋰離子電池三維電化學(xué)-熱耦合模型，模型采用一個(gè)五層電極單元作為模擬對(duì)象，分析了鋰枝晶生長(zhǎng)半徑和中心距對(duì)電池內(nèi)短路產(chǎn)熱的影響，通過模擬得出隨著枝晶數(shù)量的增多和生長(zhǎng)半徑的增加，產(chǎn)熱功率、短路電流和最高溫度都隨之增加。馬天翼等[49]以18650型商品化的鋰離子電池為研究對(duì)象，結(jié)合電化學(xué)測(cè)試和材料表征分析對(duì)電池進(jìn)行了多層級(jí)分析，最后通過中子成像技術(shù)，揭示了輕度過放電積累對(duì)動(dòng)力電池安全性的影響，為鋰離子電池的熱管理設(shè)計(jì)提供了參考。

1.3 熱濫用研究

Larsson等[50]利用烤箱測(cè)試分析了18650型電池的熱失控，通過增加烤箱溫度發(fā)現(xiàn)電池的熱失控溫度為220 ℃，但該測(cè)試僅研究了升高溫度發(fā)生的熱失控，沒有研究電池在恒定溫度下充放電過程中的熱失控。Chen等[51]借助有限元技術(shù)，模擬了一個(gè)50 Ah鈦酸鋰過熱電池對(duì)7×3電池模塊中周圍電池的熱效應(yīng)，仿真結(jié)果表明，與過熱電池距離最近且散熱條件最差的電池首先發(fā)生分解反應(yīng)，引起熱失控，然后觸發(fā)電池模塊中的連鎖反應(yīng)，在某些情況下會(huì)導(dǎo)致整個(gè)電池著火或破裂。這證實(shí)了Spotnitz等[52]的推測(cè)單個(gè)電池的熱失控可能導(dǎo)致整個(gè)電池模塊熱失控。Feng等[53]通過EV-ARC(electric vehicle accelerating rate calorimeter)測(cè)試了多個(gè)25 Ah的方形電池，并進(jìn)行了高溫?zé)釣E用試驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)首先對(duì)外部電池進(jìn)行加熱使其達(dá)到失控狀態(tài)，進(jìn)而傳播到內(nèi)部相鄰電池，試驗(yàn)結(jié)果表明，相同型號(hào)的電池發(fā)生熱失控的溫度變化規(guī)律相似，但最外側(cè)電池和內(nèi)部電池的溫差相差很大。該溫度數(shù)據(jù)對(duì)于大型鋰離子電池的熱失控預(yù)警是有益的。張明軒等[54]繼續(xù)對(duì)25 Ah的大容量方殼三元鋰電池進(jìn)行了研究，為了保證實(shí)驗(yàn)的有效性，首先進(jìn)行了HPPC(hybrid pulsepower characteristic)實(shí)驗(yàn)，得到了在常溫情況下，電池內(nèi)阻、電壓隨SOC的變化特性，隨后進(jìn)行了熱箱實(shí)驗(yàn)，通過分析得到了熱失控最高溫度及電壓突降的溫度，之后利用實(shí)驗(yàn)得到的數(shù)據(jù)建立了描述針刺過程的集總參數(shù)模型，仿真結(jié)果與實(shí)驗(yàn)情況有較好的一致性。

姚銀花[55]在前人的基礎(chǔ)上，以集總參數(shù)模型為基礎(chǔ)，利用COMSOL Multiphysic軟件建立了三元鋰電池的熱濫用模型和電-熱耦合模型，分別模擬了爐箱加熱試驗(yàn)和過充電實(shí)驗(yàn)，仿真分析該鋰離子電池的熱失控行為。該模型還考慮了散熱條件、材料穩(wěn)定以及對(duì)流換熱系數(shù)的影響。但集總參數(shù)模型并未考慮鋰離子電池三維分層的實(shí)際情況。

黃文才等[56]通過COMSOL Multiphysic軟件對(duì)三元正極材料單體鋰離子電池建立了三維分層熱失控模型，模擬了4種高溫工況下鋰離子電池的熱失控變化。根據(jù)模擬結(jié)果，分析了不同傳熱系數(shù)以及電池初始溫度對(duì)電池?zé)嵝袨榈挠绊憽５撃Ｐ褪菍?duì)電池整體進(jìn)行加熱，未考慮不同部位加熱的熱失控情況。Zhao等[57]建立了結(jié)合五個(gè)副反應(yīng)的熱模型來模擬鋰離子電池的熱失控觸發(fā)過程，分析了在不同散熱條件下局部加熱負(fù)極集流體表面對(duì)隔膜層高溫區(qū)域分布變化的影響。結(jié)果表明，當(dāng)電池的散熱系數(shù)達(dá)到10 W/(m2·K)時(shí)，可以有效地控制電池?zé)崾Э氐陌l(fā)生。這一結(jié)論對(duì)于純電動(dòng)汽車電池組熱管理系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)具有重要的指導(dǎo)意義。

綜上所述，當(dāng)前中外學(xué)者已從模型和實(shí)驗(yàn)的角度對(duì)3種誘因進(jìn)行了大量研究，但觸發(fā)方式還集中在單體電池針刺、烤箱、內(nèi)短路或過充放電等的研究，而在實(shí)際應(yīng)用過程中，不排除多種因素同時(shí)引發(fā)熱失控，僅僅研究單一觸發(fā)方式有一定的局限性。

2 文獻(xiàn)計(jì)量分析

文獻(xiàn)計(jì)量分析法作為收集期刊情報(bào)的重要工具，已被眾多學(xué)者用來研究學(xué)科領(lǐng)域的熱點(diǎn)問題。而VOSviewer相較于以往文獻(xiàn)綜述的方式表達(dá)研究?jī)?nèi)容之間的協(xié)作關(guān)系更為清晰、直觀，近年來得以廣泛應(yīng)用[58-60]。

將萬方、知網(wǎng)和Web of Science作為檢索數(shù)據(jù)庫(kù)，為保證結(jié)果的準(zhǔn)確性，采用中英文檢索結(jié)果對(duì)比分析的方式。中文納入的文獻(xiàn)類型包括：期刊論文、學(xué)位論文和會(huì)議論文，檢索標(biāo)題為鋰離子電池?zé)崾Э?Date：所有年)。英文選擇Web of Science的子領(lǐng)域數(shù)據(jù)庫(kù)科學(xué)引文索引(SCI)和社會(huì)科學(xué)引文索引(SSCI)作為數(shù)據(jù)源，檢索該領(lǐng)域中最具影響力的科學(xué)文獻(xiàn)，檢索標(biāo)題為“TS=(lithium-ion battery AND thermal runaway)”(Date：所有年)，記錄內(nèi)容為“全記錄與引用的參考文獻(xiàn)”，文件格式為制表符分隔(win，UTF-8)，檢索日期為2020年12月15日。

2.1 文獻(xiàn)發(fā)表數(shù)量分析

通過統(tǒng)計(jì)所有年份的發(fā)文量發(fā)現(xiàn)，英文文獻(xiàn)共746篇，中文文獻(xiàn)共626篇。圖1列出了2010—2020年鋰離子電池?zé)崾Э叵嚓P(guān)的中英文文獻(xiàn)量，其中，英文704篇，中文596篇。由圖1可知，從2011年到2020年12月中旬，關(guān)于鋰離子電池?zé)崾Э匮芯康奈墨I(xiàn)呈整體上升的趨勢(shì)。

圖1 2011—2020年鋰離子電池?zé)崾Э匕l(fā)文量

2.2 期刊分布情況

表2為鋰離子電池?zé)崾Э叵嚓P(guān)的中英文發(fā)文量排名前十的期刊，結(jié)果表明：鋰離子電池?zé)崾Э胤较虬l(fā)文量較多的中文期刊有電源技術(shù)、儲(chǔ)能科學(xué)與技術(shù)和消防科學(xué)與技術(shù)等期刊，占出版總數(shù)的1/2以上。出版量大于50篇的英文期刊有JournalofPowerSources、JournaloftheElectrochemicalSociety，此外AppliedEnergy作為該領(lǐng)域比較有影響力的期刊，影響因子高達(dá)8.848。

表2 發(fā)文量排名前10的期刊

2.3 合作網(wǎng)絡(luò)分析

在合作網(wǎng)絡(luò)中，節(jié)點(diǎn)代表國(guó)家/機(jī)構(gòu)/作者，連接線表示它們之間的協(xié)作關(guān)系。在每個(gè)研究領(lǐng)域都有來自世界各地的不同機(jī)構(gòu)和科研人員，通過合作網(wǎng)絡(luò)可視化分析，可以了解到鋰離子電池?zé)崾Э胤较虻难芯繄F(tuán)隊(duì)。圖2分別為國(guó)家、機(jī)構(gòu)、作者的協(xié)作網(wǎng)絡(luò)圖。其中圖2(a)顯示產(chǎn)出最大的兩個(gè)國(guó)家分別是中國(guó)和美國(guó)，占全部發(fā)文量的90%以上。由圖2(b)可知，中國(guó)作為鋰離子電池?zé)崾Э匮芯款I(lǐng)域的最大國(guó)，主要有兩大研究機(jī)構(gòu)，分別是中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)和清華大學(xué)。通過國(guó)家、機(jī)構(gòu)、作者三者之間的協(xié)作關(guān)系可以看出，中外越來越多的機(jī)構(gòu)和科研人員正積極加入鋰離子電池?zé)崾Э氐难芯筷?duì)伍當(dāng)中，并試圖建立合作關(guān)系，為鋰離子電池的安全推廣貢獻(xiàn)一份力量。

圖2 國(guó)家、機(jī)構(gòu)、作者合作網(wǎng)絡(luò)圖

2.4 關(guān)鍵詞共現(xiàn)分析

關(guān)鍵詞共現(xiàn)分析是一種通過統(tǒng)計(jì)出現(xiàn)頻率為未來趨勢(shì)提供有用信息的方法。圖3為關(guān)鍵詞可視化網(wǎng)絡(luò)圖。根據(jù)VOSviewer的可視化分析結(jié)果顯示，共有90個(gè)關(guān)鍵詞，11個(gè)集群，587個(gè)連接點(diǎn)。以熱失控為主節(jié)點(diǎn)的有鋰離子電池、熱管理、安全性和穩(wěn)定性等的研究，以鋰離子電池為主節(jié)點(diǎn)的有針刺、內(nèi)短路、過充放電等。表3匯總了11個(gè)集群的研究主題，集群1作為最大的節(jié)點(diǎn)受到廣泛關(guān)注，主要基于鋰離子電池?zé)崾Э丶鞍踩芯俊＜?著重強(qiáng)調(diào)當(dāng)前電池存在的熱管理方式，主要包括空氣冷卻、液體冷卻、相變材料冷卻和熱管冷卻，為了增強(qiáng)換熱效果，主動(dòng)式冷卻也逐漸轉(zhuǎn)為更經(jīng)濟(jì)高效的被動(dòng)式冷卻：如增加翅片、嵌入泡沫金屬、包覆相變材料等，根據(jù)電池的溫度分布情況(集群6)，尋求最佳的冷卻方式。集群3、集群4、集群5均為熱失控的誘因分析，包括電濫用、熱濫用和機(jī)械濫用，3種誘因相互關(guān)聯(lián)，引起電池內(nèi)部熱量積聚、溫度升高，進(jìn)而觸發(fā)電池內(nèi)部一系列產(chǎn)熱副反應(yīng)，最終導(dǎo)致電池?zé)崾Э亍?/p>

圖3 頻率大于4的關(guān)鍵詞共現(xiàn)分析

表3 不同集群的研究主題

表4為鋰離子電池?zé)崾Э匕l(fā)文量中出現(xiàn)頻率最高的15個(gè)關(guān)鍵詞，熱失控毫無疑問成為焦點(diǎn)話題。從表4中可以看出，誘發(fā)鋰離子電池?zé)崾Э氐囊蛩刂饕袃牲c(diǎn)：一是自身高比能量的優(yōu)勢(shì)引起產(chǎn)熱量的增加；二是外部過充、針刺等導(dǎo)致的SEI膜(solid electrolyte interface)分解和正負(fù)極材料與電解液反應(yīng)。為了提高鋰離子電池的安全性，預(yù)防熱失控的發(fā)生，當(dāng)前的研究主要集中在：一是從源頭出發(fā)，改善正負(fù)極材料自身的穩(wěn)定性，如對(duì)正極材料進(jìn)行改性，通過包覆和摻雜提高材料的穩(wěn)定性；二是選用安全性高的電解液，起到阻燃的效果；三是從外部出發(fā)，選用安全高效的熱管理系統(tǒng)，抑制鋰離子電池的溫升，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)充放電過程中的溫升和電壓變化。

表4 出現(xiàn)頻次最高的15個(gè)關(guān)鍵詞

3 展望

鋰離子電池?zé)崾Э厥侵萍s鋰離子電池進(jìn)一步發(fā)展的關(guān)鍵因素。通過梳理當(dāng)前中外鋰離子電池?zé)崾Э氐南嚓P(guān)文獻(xiàn)發(fā)現(xiàn)，鋰離子電池濫用研究已經(jīng)取得了很大進(jìn)展。但隨著鋰離子電池的推廣應(yīng)用，動(dòng)力電池起火現(xiàn)象仍此起彼伏，因此，提高其安全性對(duì)于電動(dòng)汽車的發(fā)展變得尤為緊迫。未來在以下方面還有很大的研究空間。

(1)材料改良研究。熱失控的本質(zhì)主要在于正負(fù)極材料以及電解質(zhì)的穩(wěn)定性。未來還需要在正極材料包覆、改性，固體電解質(zhì)與電極的相容性以及提高電芯的導(dǎo)熱方面進(jìn)行更高的突破。

(2)被動(dòng)防御及預(yù)警算法研究。預(yù)防熱失控最有效的策略是將它抑制在萌芽中，即通過被動(dòng)防御避免濫用條件或者在發(fā)生濫用時(shí)及時(shí)發(fā)出信號(hào)。如加強(qiáng)電池組的結(jié)構(gòu)，以防止因?yàn)槌杀径赡茉斐傻臋C(jī)械濫用；安裝保險(xiǎn)絲等，減少外部短路和過充放電的可能性；優(yōu)化熱管理系統(tǒng)及時(shí)散熱，以免發(fā)生過熱；配備BMS(battery management system)系統(tǒng)監(jiān)視電池組中的所有電池，并在考慮電壓和溫度的情況下在安全的工作范圍內(nèi)調(diào)節(jié)每個(gè)電池。

(3)推遲熱失控傳播速度研究。現(xiàn)實(shí)中，熱失控的發(fā)生速度非?？欤虝r(shí)間內(nèi)能達(dá)到毀滅性的傷害。因此，必須推遲或抑制熱失控的危害以贏得足夠的時(shí)間讓乘客在事故發(fā)生后從電動(dòng)汽車中逃脫。開發(fā)更為有效的抑制電池溫升的方法將是未來的研究難點(diǎn)。

(4)多種觸發(fā)方式共存研究。當(dāng)前單體電池的熱濫用和單一條件觸發(fā)的研究已較為成型。而實(shí)際應(yīng)用中，多以模組的形式出現(xiàn)，未來可考慮不同濫用條件下模組熱失控的傳播特性以及多種觸發(fā)條件并存的熱濫用模型。

(5)內(nèi)部參數(shù)監(jiān)測(cè)研究。由于電池自身的封閉性，所以內(nèi)部參數(shù)變化不易獲得，但在熱失控傳播過程中僅僅通過外部參數(shù)的監(jiān)測(cè)，難以準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)發(fā)展?fàn)顟B(tài)。未來需要從熱失控發(fā)生過程中內(nèi)部鋰枝晶生長(zhǎng)形態(tài)變化、產(chǎn)熱機(jī)理方面做更深入的研究。

(6)主動(dòng)冷卻策略的優(yōu)化研究。通過文獻(xiàn)計(jì)量分析可知，傳統(tǒng)的主動(dòng)式冷卻已經(jīng)不足以滿足電池散熱的需求，相變材料冷卻以及復(fù)合式冷卻策略已初見成效。被動(dòng)式冷卻策略如增加翅片、嵌入泡沫金屬、包覆相變材料等是未來提高鋰離子電池應(yīng)用安全性的重點(diǎn)。

4 結(jié)論

總結(jié)了近年來中外鋰離子電池?zé)崾Э氐难芯恐攸c(diǎn)，并通過VOSviewer 可視化軟件對(duì)發(fā)文量、期刊分布和關(guān)鍵詞等進(jìn)行了分析，得到以下結(jié)論。

(1)鋰離子電池?zé)崾Э氐难芯看蠖嗤ㄟ^實(shí)驗(yàn)和模擬的方法，在實(shí)驗(yàn)方面，鑒于實(shí)驗(yàn)的隨機(jī)性，不同程度的濫用結(jié)果差別較大，重復(fù)實(shí)驗(yàn)次數(shù)或增加對(duì)比試驗(yàn)的方法，有助于進(jìn)一步提高結(jié)果的準(zhǔn)確性。

(2)通過VOSviewer 可視化軟件對(duì)發(fā)文量、期刊分布和關(guān)鍵詞等進(jìn)行分析，得出結(jié)論：鋰離子電池?zé)崾Э胤较虬l(fā)文量較多的期刊有電源技術(shù)、儲(chǔ)能科學(xué)與技術(shù)、JournalofPowerSources和JournaloftheElectrochemicalSociety。中國(guó)是鋰離子電池?zé)崾Э匮芯款I(lǐng)域最有影響力的國(guó)家，主要包括兩大研究機(jī)構(gòu)，分別是以王青松教授為首的中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)和以歐陽(yáng)明高教授為首的清華大學(xué)。

(3)影響鋰離子電池安全性的因素多種多樣，目前主要從電池正極材料改性、電解液中添加阻燃劑、電池?zé)峁芾碓O(shè)計(jì)三方面來提升鋰離子電池的安全性。

(4)采用的文獻(xiàn)計(jì)量分析軟件VOSviewer主要針對(duì)科學(xué)引文索引(SCI)和社會(huì)科學(xué)引文索引(SSCI)，對(duì)于萬方、知網(wǎng)等中文文獻(xiàn)以及除英語以外的其他文獻(xiàn)缺乏代表性。并且利用此軟件篩選的關(guān)鍵詞較為廣泛，如果需要更精準(zhǔn)的剖析某一熱點(diǎn)，檢索范圍要更聚焦。