中国科学技术大学王青松教授团队在Process Safety and Environmental Protection（IF：6.9）发表题为Thermal runaway hazards comparison between sodium-ion and lithium-ion batteries using accelerating rate calorimetry论文，该成果由中国科学技术大学火灾科学国家重点实验室和中国南方电网发电有限公司储能研究所等机构联合支持。
本研究使用仰仪科技小型电池绝热量热仪BAC-90A，对三种18650电池（以NaxTMO2[NTM]为阴极的钠离子电池和两种以LiFePO4[LFP]、LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2[NCM]为阴极的锂离子电池）的热失控特性及危险性进行了研究对比分析。
电池风险通常从热失控的触发条件和严重程度来评估。本研究基于小型电池绝热量热仪BAC-90A 的实验数据分析，从以下五个维度来评估三种电池的热失控危险性:
1.热失控严重程度关键参数：Tmax（热失控最高温度）、rmax（最大升温速率）和W（TNT当量）。
2.自放热临界条件危险性指标：Tonset（自放热起始温度）和 改善电池表面散热条件后SADT值。该值越小，表明电池越易发生热失控，同时也反映了电池受散热条件影响的程度。通过改善电池表面散热条件提高 SADT，有助于降低热失控发生的可能性。
本研究中BAC-90A的应用：
1. HWS热失控测试
在电池热稳定性研究中，HWS（加热-等待-搜索）模式是最常规的分析模式，本研究中采用小型电池绝热量热仪BAC-90A的HWS模式精准获取了三种18650电池的自放热起始温度 (Tonset)、热失控起始温度 (TTR)、热失控最高温度 (Tmax)、最大温升速率 ((dT/dt)max) 和泄压温度(Topen)、隔膜分解温度(Tsc)等特征参数。以此作为评估三种电池热特性的基础数据。
部分实验结果展示
2.自热反应的热力学分析
运用BAC-90A获取的电池材料热分解反应特征参数。依据阿伦尼乌斯方程进行拟合，从而得出三种电池的指前因子（A）和活化能（Ea）等关键动力学参数，为深入理解电池自放热反应机制提供理论依据。
3.热失控临界性和SADTs的计算
在电池储存和运输场景中，当环境温度（T0）升高到一定程度，系统放热速率大于散热速率，导致电池温度持续上升，直至触发电池热失控。此临界温度 (T0) 即为 SADT。本研究基于BAC-90A测试的热特性参数，结合热平衡方程和谢苗诺夫模型。计算出了三种电池的自加速分解温度（SADT）与系统表面传热系数（U）的对数关系。为评估电池在不同散热条件下的热失控临界性提供量化依据。
部分实验结果展示
结论:
基于实验数据和分析结果，本研究对三种电池的危险性进行了定性评估。结论如下：
1. NTM电池的热失控最高温度Tmax和最大升温速率rmax分别为511.7 ℃和2285.5 ℃/min，介于LFP和NCM电池之间。
2. NTM电池的lnA和活化能Ea分别为13.312 lg /s和0.8840 ×105 J /mol，NTM电池的三硝基甲苯当量 W值为1.212g TNT，与LFP电池几乎相同。
3. 在自然对流条件下，当储存温度超过169.6 ℃时，完全充电的NTM电池会自燃。在电池储存和运输过程中增加系统表面传热系数U已被证明可以显著提高NTM电池相对于LFP和NCM电池的安全性。
三种电池的热失控评估模型表明，热危险性顺序为NCM电池>NTM电池>LFP电池。
部分实验结果展示
本论文为钠离子电池的安全研究提供了有力数据支撑，对其危险性评估具有重要指导意义。需注意，本研究仅从热力学角度对比分析了钠离子电池和锂离子电池的热失控危险性，未来研究应深入探讨电池热失控过程中的有毒和可燃气体成分及产气量，以更全面评估电池安全性。
