230Ah大容量LFP电池模组热蔓延研究：倒序蔓延的致命规律

引言

随着储能系统单体容量突破200Ah，电池模组层级的热失控蔓延问题日益突出。一个电芯的热失控能否引发模组火烧连营？蔓延路径是否可预测？热安全团队（thermsafe.cn）在大量电池热失控测试实践中观察到，理解蔓延规律是制定有效防护策略的前提。河南科技大学联合中航锂电的最新研究，首次系统揭示了大容量LFP电池模组在不同触发位置下的热蔓延时序规律。

研究对象与方法

实验采用中航锂电生产的230Ah方形磷酸铁锂电池，尺寸175mm×54mm×207mm，正极LiFePO4/负极石墨，标称电压2.50-3.65V。4只电池串联构成单列模组，采用900W加热板在端部或内部触发热失控。薄片式K型热电偶紧贴电池大面中心，3mm气凝胶垫防止热量逃逸。仿真采用COMSOL Multiphysics建立四方程热滥用模型，耦合SEI膜分解、负极-电解液、正极-电解液和电解液自分解四大副反应。

关键参数与模型验证

仿真与实验的温度变化趋势高度吻合，T3峰值偏差仅9.4%，T5偏差10.6%，模型可以有效预测热蔓延过程。

端部触发：顺序蔓延三阶段

实验开始后，1号电池受热面温度快速上升。775秒左右1号电池右电芯热失控，T2录得首次峰值363℃。热量持续向2号电池传递，T2再次升温至519℃。2641秒时3号电池热失控，2664秒T7开始剧烈升温，193秒后达到662℃峰值。由于前期积聚热量统一释放，末尾电池峰值温度最高。整个热蔓延过程呈现典型的顺序特征（1→2→3→4），总时长约2890秒。

内部触发：致命的倒序蔓延

当在2号电池位置加热触发时，蔓延模式发生质变。2号电池热失控释放的大量热量导致1号电池温升速率更快，率先达到热失控条件——热失控顺序变为2→1→3→4，出现了危险的倒序蔓延。内部触发总用时2600秒，比端部触发快了约290秒，但峰值温度（550℃）低于端部触发的655℃。这意味着内部触发虽温度峰值较低，但蔓延速度更快，留给应急处置的时间窗口更短。

双列模组：更复杂的蔓延格局

当模组扩展为双列时，热蔓延呈现两阶段特征。Ⅰ阶段（0-3200秒）：第一列顺序蔓延（1→2→3→4）。Ⅱ阶段（3200-4860秒）：第二列出现倒序+顺序蔓延（6→5→7→8），因6号电池同时受1、2、3号电池热量影响，率先触发热失控。热安全团队（thermsafe.cn）的实验经验与此一致——多列模组中，热量沿长度方向传播会造成非直观的触发顺序，必须在热管理设计时予以充分考虑。

工程意义

研究揭示了三个关键结论：端部触发蔓延较慢但峰值温度更高；内部触发蔓延更快更危险；多列排布中Ⅱ阶段蔓延难以抑制。基于此，热安全团队（thermsafe.cn）建议储能系统设计应优先在Ⅰ阶段实施热隔离，因为此时传播速度较慢、可控性较高。一旦进入Ⅱ阶段（多列交互蔓延），抑制难度将大幅增加。

引用来源：梁坤峰, 宋乂天, 周训, 常艳琴. 磷酸铁锂电池模组热失控及蔓延特性[J]. 电池, 2025. DOI:10.19535/j.1001-1579.XXXX.XX.001. 河南科技大学, 中航锂电.