中国科学技术大学火灾科学国家重点实验孙金华和王青松课题组在《Journal of Energy Chemistry》（IF：7.2）发表了题为《Early warning method for thermal runaway of lithium-ion batteries under thermal abuse condition based on online electrochemical impedance monitoring》的研究论文。本论文提出了一种锂离子电池早期热失控在线预警方法，使用电化学阻抗谱（EIS）监测芯片实时追踪电池内部电化学参数变化，从而精准预测电芯内部温度。

本研究以典型的三元和磷酸铁锂电池为研究对象，采用杭州仰仪科技绝热加速量热仪TAC-500A(简称ARC)与EIS监测芯片进行原位观测，成功捕获了这两种电池热失控孕育过程的全过程EIS数据，并进一步探索了不同荷电状态（SOC）下电池内部温度与EIS的映射关系，阐明了EIS随温度变化的机理。本文还通过重要度分析算法对比了不同频率点的EIS信号对温度和SOC的相关性和敏感性，最终找到了最优的热失控预警特征参量。

实验装置展示

本研究中TAC-500A的应用

绝热加速量热仪TAC-500A（简称ARC）是在实验室条件下模拟潜在热失控反应的专业测试仪器。能精确、快速获得绝热热失控过程真实完整的热和压力变化数据。

本研究采用绝热加速量热仪TAC-500A的”加热-等待-搜索（H-W-S）“模式对100%SOC的NCM523和LFP商用圆柱电池进行了绝热热失控测试，以30℃为起始温度，升温速率设置为5℃/min，恒温30min使电池达到热平衡后同步记录电化学阻抗（EIS）数据，直至电池电压显著下降时终止，最终量化了温度变化对两种电池电化学阻抗的影响规律，获取了不同温度下的电池EIS数据，为电池热特性建模与性能评估提供了基础数据支撑。

部分研究数据展示

研究结果分享 

（1）明确了单体电池热失控孕育全过程的电化学阻抗变化规律

电池电化学阻抗与温度、荷电状态（SOC）密切相关，总体随温度升高呈先减小后增大的趋势。温度升高初期，电池内部化学动力学加速、界面传递阻抗减小、离子导电率提升，导致阻抗下降；温度进一步升高后，隔膜微孔闭合、电解液沸腾产生气泡，使电阻率增加、电容降低，进而引发阻抗显著增大。

部分研究数据展示

（2）重要性排序和敏感性分析

为了提高热失控预警的准确性并降低误报率，选择对温度敏感但对SOC不敏感的参数，本文采用RReliefF算法对不同频率下的电化学阻抗特征进行重要性排序，包括阻抗的实部、虚部、幅值和相位角。通过RReliefF算法对30个频点下120个特征进行了评估与重要性排序，并进一步分析了这些特征对温度和SOC的敏感性，最终选择特征频率1 kHz下的相位角θ和阻抗幅值|Z|作为热失控预警的特征参数。

（3）建立了单体电池的分级热失控预警策略

以45℃作为一级预警温度指标，100W加热实验中，阻抗幅值下降2mΩ且相位角θ变化3.6°时触发一级预警，需降低电池输出功率并强化热管理；当阻抗斜率出现拐点（由负变正）且相位角θ 达到预设阈值时，发出二级预警，应采取强制散热等措施；当EIS数据采集丢失（伴随电压突降或阻抗数量级变化）时，触发三级预警，需立即启动人员逃生与紧急降温程序。

部分研究数据展示

总结

本研究基于不同电池体系（三元、磷酸铁锂）、不同 SOC 及不同老化程度（SOH）的热失控实验数据，构建了适用于电池单体、串联模组及并联模组的层级化热失控预警算法，且经实验验证有效，为智能电池管理系统提供了新的技术支撑，也为电动汽车和储能设备的热安全早期预警提供了可行路径。