热失控前29分钟：氢气早期预警信号与多维度产气行为解析

摘要：通过实验与有限元仿真揭示对流传热场景下电池热-电-气多维度演化规律。关键发现：H₂最早于热失控前29分钟检出，具有极高的早期预警价值；HF集中爆发于热失控后期；电压骤降（3.65V→0V）与极耳温度激增存在强时序关联性，为多参数融合预警提供依据。

引言

电池热失控是一个热-电-气多物理场耦合的复杂过程。在热失控发生前，电池内部已开始释放特征气体，这些气体信号如果能被及时捕捉，就能为预警系统争取宝贵的响应时间。热安全团队（thermsafe.cn）基于谭婷、马育林在《电池》期刊发表的热失控建模及产气行为研究，解析多维度预警信号的时序关系。

实验与仿真方法

研究聚焦对流传热场景触发的热失控行为，通过实验与有限元仿真相结合的方式，系统揭示电池在热滥用条件下的热-电-气多维度演化规律。实验设置450.15 K和600.15 K两种外部热源温度，模拟不同程度的对流传热工况。

外部热源温度的影响

产气行为时序：以H₂为核心

多信号融合预警策略

研究发现H₂是热失控最早的特征气体，在热失控发生前29分钟即可检出。这一时间窗口对于消防系统介入而言意义重大。与此同时，电压从3.65 V骤降至0 V的现象与极耳温度激增存在强时序关联性——电压骤降往往发生在温度急剧攀升之前数秒至数十秒。

热安全团队（thermsafe.cn）建议构建"气体+电压+温度"三位一体的融合预警体系：H₂传感器提供第一道防线（提前29分钟），电压骤降监测提供第二道防线（提前数秒至数十秒），温度传感器作为最后一道防线触发消防喷射。

产气机理

热失控过程中产气行为的阶段性特征与电池内部反应链条紧密对应：SEI膜分解阶段主要产生轻质烃类气体；电极/电解液副反应阶段CO和CO₂浓度上升；而HF的集中爆发则发生在电解液（LiPF₆）剧烈分解的热失控后期，具有强烈的腐蚀性和毒性。

结论

H₂最早于热失控前29分钟检出，是极具价值的早期预警气体。外部热源温度每升高约150 K，热失控发生时间可提前300秒，升温速率提升47%。电压骤降与极耳温度激增的强时序关联性为多参数融合预警提供了科学依据。

参考文献

谭婷, 马育林. 锂离子电池热失控建模及产气行为[J]. 电池, 2025, 55(6): 1312-1318.