TL;DR中国科学技术大学团队在 Journal of Energy Storage 发表的研究针对方形锂离子电池热失控传播TRP问题定量区分了传热和电流转移两条独立路径对相邻电池触发热失控的贡献。研究基于该团队2022-2025年的系列工作系统揭示了并联配置下电流通过连接片向相邻电池转移并产生焦耳热的机制以及这一机制与壳体热传导路径的叠加效应。从工程视角来看这一发现暗示仅靠隔热材料可能不足以完全抑制并联方形电池的热失控传播—热隔离与电气隔离或许需要协同设计。一、问题意识方形电池热失控传播的驱动力到底是什么关键词热失控传播 | 方形电池 | 并联配置 | 触发机制 | 传热路径方形锂离子电池凭借能量密度高、成组效率好、结构紧凑等优势已成为当前动力电池市场的主流选择。然而方形电池在模组中紧密排列一旦单体发生热失控TR热量和高温气体向相邻电池传递可能触发热失控传播TRP引发连锁反应。GB 38031-2025 要求电池系统在单体热失控后至少提供5分钟逃生时间窗口这一要求的隐含前提是热失控传播是可以被延缓甚至阻断的。那么热失控传播究竟是被什么力量驱动的传统认知主要聚焦于传热路径热失控单体的壳体高温通过热传导向相邻电池传递热量同时高温喷射气体含可燃气体和颗粒物直接冲刷相邻电池表面。围绕这一认知业界发展出了一系列以隔热为核心的防护策略——气凝胶垫片、云母片、陶瓷纤维隔热层等目标是在相邻电池之间建立热阻屏障延缓热量到达时间。但对于并联连接的电池组一个长期被低估的因素正在浮出水面电流转移。当并联配置中的某单体触发热失控后其内部电压急剧变化原本通过外部负载回路的电流开始寻找新的路径—通过并联连接片向相邻电池倒灌或转移。这些转移的电流会在连接片和相邻电池内部产生焦耳热相当于在隔热层管不到的电气路径上额外加热相邻电池。从该团队此前的研究数据来看这条路径的能量贡献可能比预想的更加显著。核心问题由此变得清晰在并联方形电池组中传热和电流转移各自贡献了多少二者是简单叠加还是存在协同放大效应仅阻断其中一条路径能否有效抑制热失控传播二、核心创新传热与电流转移的定量解耦2.1 研究脉络从现象发现到机制解析本文并非一个孤立的研究成果而是周志专团队2022-2025年围绕方形电池热失控传播的系列研究的系统性整合与深化。梳理这条研究脉络有助于理解本文的定位和贡献层次。2022年Process Safety and Environmental Protection团队首次在实验中对比了开路、串联和并联三种连接模式下方形电池的热失控传播行为。实验结果清晰显示并联模式下的传播剧烈程度显著高于开路和串联模式。进一步分析表明前序电池对相邻电池的能量贡献占触发热失控总热源的52%-67%。团队还测试了气凝胶隔热垫的效果发现插入气凝胶后平均热流从约400W降至约35W—隔热效果显著但并联配置下的传播风险并未被完全消除。这一结果暗示除了热传导之外并联配置中还有别的东西在起作用。2024年博士论文团队进一步揭示了并联连接对热失控触发温度的影响。实验数据显示并联连接可将热失控触发温度从221.7°C降至170°C以下。更关键的是一个定量阈值—超过电池标称容量4.6%的传递电量就足以将热失控触发提前至安全阀开启时刻。这意味着哪怕只有少量电流通过并联连接片转移到相邻电池就可能显著改变热失控触发的时间线。2025年Applied Energy团队将并联电池数量扩展至3个以上发现了电流持续传递现象——当并联数量大于2时电流转移不会在初始阶段后衰减而是持续进行。热失控触发温度进一步从200°C降至180°C。传递电能被确认为导致并联电池呈现更高火灾风险的主因。2026年Journal of Energy Storage本文在上述研究基础上团队进行了系统性整合核心贡献在于定量解耦两条路径。通过设计对比实验有/无电气连接、有/无热接触将传热和电流转移各自对热失控传播的贡献从耦合状态中分离出来分别量化其能量贡献和触发效应并分析二者的协同机制。2.2 双路径模型的物理图像从论文的研究框架来看方形电池热失控传播存在两条独立但耦合的路径路径一壳体传热主路径- 热失控单体的壳体温度急剧升高可达600-900°C通过壳体间的直接接触或间隙中的导热介质向相邻电池传递热量 - 高温喷射气体和颗粒物对相邻电池表面形成对流/辐射加热 - 传热速率取决于壳体材料、接触面积、间距、隔热材料等因素 - 该团队2022年的数据显示无隔热条件下平均热流约400W插入气凝胶后降至约35W路径二电流转移-焦耳热副路径- 热失控单体内部电压骤变后原本均衡的并联电路出现电位差 -电流通过并联连接片从正常电池向热失控电池或反向转移- 转移电流在连接片电阻和电池内部电阻上产生焦耳热 - 焦耳热直接在电池内部沉积绕过了壳体隔热层 - 并联电池数量越多电流路径越复杂焦耳热叠加效应可能越显著两条路径的关键差异在于作用位置传热路径从外部加热电池表面需要穿透壳体才能到达内部活性材料电流转移路径则通过焦耳热在电池内部直接产热相当于从里到外的加热方式。从中可以推测出这种由内而外的加热方式在触发热失控时可能更加高效因为热量不需要经过壳体热阻。2.3 叠加效应与协同机制两条路径并非简单相加。从该团队的系列数据来看叠加效应可能呈现出一定的协同特征壳体传热将相邻电池温度推高至接近触发阈值比如从室温升至150-180°C与此同时电流转移产生的焦耳热从内部进一步加热将电池推过触发温度线两个过程同时进行使得实际触发时间显著短于任何单一路径的预测从2024年博士论文的数据来看传热路径单独作用时热失控触发温度约221.7°C而并联连接存在时触发温度降至170°C以下—降幅超过50°C。从2025年Applied Energy论文的数据来看当并联数量超过2时电流持续传递使触发温度进一步降至180°C以下。这些数据从不同维度印证了叠加效应的存在。不过也需要看到上述数据来自该团队不同阶段的研究实验条件电池型号、SOC、加热方式等可能存在差异直接横向对比时需要谨慎。本文2026 JES的价值在于尝试在统一的实验框架下完成这种定量解耦从而提供更可靠的数据支撑。三、触类旁通方形电池与圆柱电池的TRP差异3.1 几何构型对传播路径的影响将视野扩展到圆柱电池体系可以从对比中获得更深的理解。圆柱电池18650、21700等在模组中的排列方式与方形电池有本质区别。圆柱电池之间通常是点接触或线接触接触面积远小于方形电池的面接触。这意味着壳体传热路径圆柱电池间的接触热阻更大传热效率更低从传热角度看TRP传播速度可能更慢并联连接路径圆柱电池的并联连接通常通过镍片焊接连接片截面积小、电阻相对较高同等电流下的焦耳热可能更大但由于单体容量小4.6%的容量对应的绝对电量也小喷射气体路径圆柱电池的安全阀位于一端喷射方向相对集中方形电池的喷射方向取决于安全阀设计顶部或侧面在紧密排列的模组中可能直接对准相邻电池3.2 并联配置下的风险差异从该团队的研究脉络来看并联数量对电流转移效应的影响是一个关键变量。在圆柱电池体系中一个典型的并联单元通常由2-4个单体组成如特斯拉早期的18650方案69并联组并联数量较多。但从电化学角度看圆柱单体容量小如18650约3-5 Ah4.6%的容量阈值对应的绝对电量较小电流转移的持续时间可能较短。方形电池的情况则有所不同。单体容量通常在50-300 Ah范围4.6%的阈值对应的绝对电量显著更大。加之方形电池间的面接触提供了更高效的传热路径两种效应的叠加可能使方形电池在并联配置下的TRP风险呈现出不同于圆柱电池的特征。从中可以推测出方形电池的并联配置可能需要更加审慎的热-电联合安全设计而非简单地将圆柱电池体系中验证过的隔热策略平移过来。3.3 大模组趋势下的放大效应当前动力电池行业正在向大容量方形电芯如300 Ah和大模组CTP/CTC方向发展。在这一趋势下并联电芯数量可能更多电流转移路径更复杂模组内电芯间距更小壳体传热效率更高传统在模组级别添加隔热材料的方式在CTP/CTC架构中面临空间和成本约束这些趋势可能使电流转移路径的相对重要性进一步上升。四、工程落地热隔离电气隔离的双重策略4.1 现有防护体系的盲区如果传热和电流转移确实是两条独立的传播路径那么现有以隔热为核心的防护体系就存在一个结构性的盲区它只能阻断热传导路径无法消除电流转移路径。以目前主流的隔热方案为例防护措施对传热路径的效果对电流转移路径的效果气凝胶垫片显著降低400W→35W无效果云母片隔热部分阻断无效果陶瓷纤维涂层部分阻断无效果灌封胶填充部分阻断无效果从上表可以看出无论采用哪种隔热材料只要并联连接仍然存在电流转移路径就始终畅通。从中可以推测出在并联配置下仅依靠隔热材料可能无法将热失控传播完全抑制TRP仍可能通过电流转移-焦耳热路径被触发。4.2 电气隔离策略的可能方向要消除电流转移路径需要在电池发生热失控时快速切断并联连接。可能的技术方向包括熔断器/保险丝在并联连接片上串联温度敏感型熔断器当温度超过阈值时自动断开连接。挑战在于响应速度——从该团队的数据来看超过4.6%容量的电量转移就足以触发TR熔断器需要在此之前动作形状记忆合金开关利用形状记忆合金在特定温度下发生相变的特性自动断开并联连接PTC热敏电阻在连接片中集成正温度系数PTC元件当温度升高时电阻急剧增大限制电流转移量智能连接拓扑设计非对称或分段式的并联拓扑使热失控单体能被电气隔离而不影响其他并联支路4.3 对GB 38031-2025的潜在影响GB 38031-2025要求电池系统在单体热失控后至少提供5分钟逃生时间窗口。这一标准的测试方法通常采用加热触发方式且主要关注隔热设计的有效性。从本文的研究脉络来看在并联配置下电流转移可能使TRP的触发时间显著缩短5分钟窗口可能被压缩。从中可以推测出未来的标准更新可能需要考虑并联配置下电流转移的加速效应对隔热电气隔离的联合防护效果提出更严格的测试要求。4.4 成熟度评估从技术成熟度TRL的角度来看传热路径的认知与防护已相对成熟TRL 6-7气凝胶等隔热方案已在量产电池包中广泛应用电流转移路径的认知仍处于基础研究阶段TRL 3-4定量模型尚需在不同电池体系和工况下验证电气隔离防护方案概念验证阶段TRL 2-3熔断器和PTC方案在原理上可行但在车载环境中的可靠性、响应速度和成本需要系统评估热-电联合防护体系系统集成阶段TRL 2需要从电芯、模组、系统多个层级协同设计整体来看从发现电流转移路径的重要性到在量产电池包中实现有效的联合防护仍有一段不小的距离。FAQQ1本文的研究结论是否适用于所有方形电池不同方形电池的内部结构卷绕 vs 叠片、壳体材料铝壳 vs 钢壳、安全阀设计等存在差异这些因素会影响传热和电流转移的具体量化结果。本文的核心贡献在于揭示了双路径的存在和协同效应这一物理机制具体的定量数据需要在不同电池体系中进一步验证。从中可以推测出双路径机制可能具有普遍性但各路径的相对贡献比例会因电池设计而异。Q2串联配置中是否也存在电流转移路径从该团队2022年的研究来看串联模式下的热失控传播剧烈程度显著低于并联模式这暗示串联配置中电流转移的影响可能较小。串联电路中电流一致热失控单体的电压变化不会导致像并联那样的电流重新分配。但串联配置中的高压击穿、电弧等电气故障模式是另一类风险不本文讨论的范畴。Q3仅断开并联连接是否就能完全阻止热失控传播从中可以推测出断开并联连接可以消除电流转移路径但壳体传热路径仍然存在。在面接触的方形电池紧密排列配置中壳体传热本身可能已足以在一定时间尺度内触发TRP。因此电气隔离和热隔离可能需要同时实施。不过如果电流转移路径的消除能够将触发时间延长至5分钟以上则可能为热隔离材料争取到足够的响应时间。Q4大容量电芯如300 Ah是否面临更大的电流转移风险从该团队的数据来看触发TR所需的传递电量阈值为标称容量的约4.6%。对于300 Ah的电池这意味着约13.8 Ah约49.7 kC的电量转移就可能触发TR——绝对量显著大于小容量电池。同时大容量电芯的内阻通常更低电流转移的速率可能更高。从这些线索来看大容量电芯在并联配置下的电流转移风险可能更加突出但具体量化关系需要更多实验数据支撑。Q5这项研究对储能电站的电池安全设计有何启示储能电站中方形电池的并联规模通常远大于车载场景一个簇可能包含数十甚至上百个并联单体从该团队2025年的研究来看并联数量2时电流持续传递现象会使TRP风险进一步上升。因此储能电站中并联配置下的电流转移问题可能比车载场景更加突出。电气隔离策略在储能场景中可能具有更大的应用价值但也面临更高的工程复杂度。关键词热失控传播方形电池并联电池组传热机制电流转移焦耳热电池安全GB 38031热隔离电气隔离参考文献Zhizuan Zhou, et al. Roles of heat and current transfer in triggering thermal runaway propagation of prismatic lithium-ion batteries. Journal of Energy Storage, 2026, 169: 122803.Zhizuan Zhou, et al. Experimentally exploring thermal runaway propagation and prevention in the prismatic lithium-ion battery with different connections. Process Safety and Environmental Protection, 2022, 164: 517-527..Zhizuan Zhou, et al. Experimentally exploring prevention of thermal runaway propagation of large-format prismatic lithium-ion battery module. Applied Energy, 2022, 327: 120119.本文内容基于公开发表的学术论文进行技术解读旨在促进学术交流与信息传播。文中观点和分析仅代表基于公开信息的解读视角不构成对任何产品、标准或技术路线的推荐或否定。具体技术决策请以论文原文和专业评估为准。