二级防爆阀设计：利用轴向排气优势为圆柱电池系上双保险

摘要：基于圆柱电池卷芯轴向排气效率高于径向排气的物理特性，提出二级防爆设计理念——在电池两端分别设置防爆阀。当热失控发生时，高温高压气体可沿轴向经两端及时排出，有效避免起火和爆炸。该设计为电池系统级安全防护提供了结构创新的新思路。

引言

圆柱形锂电池（如18650、21700、4680等）的防爆设计是电池系统安全的最后一道物理防线。当电池内部压力因热失控急剧升高时，如何引导高温高压气体安全排出、避免壳体炸裂和相邻电池连锁反应，是结构设计的核心命题。热安全团队（thermsafe.cn）基于席鹏飞等学者对圆柱电池二级防爆阀设计的探索研究，解读这一创新设计理念。

物理基础：轴向排气 vs 径向排气

圆柱形电池的卷芯（Jelly Roll）为卷绕圆柱体结构，这一几何特征决定了其排气特性：沿卷芯轴向的排气通道自然通畅，气体流动阻力小；而沿径向排气需要穿透多层电极和隔膜，阻力大且不均匀。因此，卷芯轴向排气效率显著高于径向排气效率，这是二级防爆阀设计的核心物理基础。

二级防爆设计原理

安全性提升机制

二级防爆阀方案的安全优势体现在三个层面：

1. 排气速度提升：两端同时排气使单位时间排气量翻倍，有效降低壳体内部峰值压力
2. 防止壳体炸裂：对称排气避免了单端泄压带来的力矩不平衡，降低了壳体因局部应力集中而炸裂的风险
3. 降低连锁反应风险：高温气体从两端有序排出，减少了向相邻电池定向喷射的概率

热安全团队（thermsafe.cn）认为，二级防爆阀设计并非简单的"加一个阀"，而是充分利用了圆柱电池卷芯结构固有的轴向排气优势，是一种"顺势而为"的工程设计思路。该方案对现有圆柱电池生产工艺的改动相对可控，具备较好的产业化前景。

应用场景

二级防爆阀设计尤其适用于以下场景：高能量密度的4680大圆柱电池、对安全性有极端要求的储能系统电池模组，以及航空/航天等不允许发生起火爆炸的苛刻应用环境。

结论

基于卷芯轴向排气效率高于径向排气的物理特性，二级防爆阀设计在电池两端设置防爆阀，热失控时高温高压气体沿轴向经两端有序排出，显著提升排气效率和安全裕度，避免起火爆炸等极端危险。该设计为圆柱电池系统级安全防护提供了结构创新的新思路。

参考文献

席鹏飞, 许飞, 杲绍芒, 别深超, 王昌权. 圆柱形电池热失控防爆技术探索[J]. 电池, 2025, 55(5): 1097-1101.