2026年 03期
基于温度场分布及仿真的锂电池铁路运输高温安全性研究
汤旭旭;韩正恒;储德韧;周赵淋;许铤;郭文翔;随着锂电池行业的快速发展，其运输安全性备受各界关注。铁路运输具有货运量大、便捷、成本低等优点，但运输时间长、跨越区域广，运输过程中较大的环境差异给锂电池安全运输带来更多的不确定性。本文选取极端高温城市的铁路枢纽区域作为实验地点，通过在集装箱和棚车布设温度采集点进行实地温度采集，分析温度变化规律，并将实地采集数据作为数据源进行集装箱温度场仿真模拟。结果表明，棚车车厢及集装箱内温度随高度增加而升高，内顶表面最高温度分别达到71.9℃和69.1℃，远高于室外无遮挡的最高温度（40.6℃）；此外，温度场仿真结果显示，集装箱最高温度超过75℃。另选取18650镍钴锰三元锂电池进行高温搁置实验及热失控分析，发现电池在高温环境的运输过程中面临性能加速衰减和更高的热安全风险。综合现场实测、温度场数值模拟和锂电池高温搁置热失控研究，结果表明锂电池长距离跨区域铁路运输应充分考虑运输过程中的温度场对电池性能和热安全性的影响。
高活性物质负载快充负极孔隙调控
袁文静;杨慧敏;安洪力;朱阳阳;王彦彦;马亦恒;邱继一承;谷海辰;双层(或多层)涂布是工业中进行极片孔隙调控及提升快充性能的主要手段之一。本设计采用上、下两层不同孔隙率或面密度组合的负极片进行对称扣式电池离子阻抗(Rion)和全电池d Q/d V曲线分析，并结合仿真建模，探究不同组合下快充性能的差异。在负极片上、下两层面密度相等且总压实密度不变的条件下，上层比下层大4%的孔隙率组合比相反孔隙率组合的Rion降低44%，等效快充倍率提升8.5%。在本设计中，良好的快充性能需要下层孔隙率不低于22%；在孔隙率上层比下层大4%时，相较于上、下层面密度比为35∶65的负极，面密度比为65∶35的负极Rion降低了8.2%，且析锂峰明显减弱。上层孔隙率从20%增大到65%时，锂离子浓度差从270.73 mol/m3逐渐减小至255.51mol/m3，上层孔隙率从65%继续增大时，锂离子浓度差不再持续减小。
锂离子电池模块热失控仿真研究
周妮;韩轩沫依;黄月华;莫愁;窦民金;王泽;锂离子电池热失控是制约其安全应用的关键因素，现有研究多聚焦于单体电池，对串联模块在多物理场耦合下的热失控机理尚缺乏系统分析。本文以四节18650三元锂离子电池串联模块为研究对象，基于ANSYS仿真平台构建三维热-电耦合模型，结合四方程动力学模型，探究了内短路、过充电及过放电三种滥用条件下的热失控演化规律。通过简化电池几何结构并引入各向异性导热系数，结合Bernardi生热模型与安时积分法，建立了考虑电化学反应与热传导耦合的仿真框架。研究结果表明：内短路条件下，热失控由触发点电池通过热传导向相邻电池扩散；过充电条件下，充电倍率从3 C(10.2 A)增至7 C(23.8 A)，热失控触发时间缩短58%，且高倍率加速SEI膜分解与电解质反应，导致反应转化率更高；过放电条件下，当系统电压从2 V降至0 V时，模块最高温度降低约160℃。本研究揭示了多场耦合下串联电池模组热失控的级联机制，为电池系统安全设计与热管理策略优化提供了理论依据。
高容量型四氧化三钴的合成及电化学性能研究
易全瑞;吴兵;洪宏龙;张亚伟;汪俊峰;许开华;以氯化钴、氯化铝溶液精确配制的双元液为原料，碳酸氢铵溶液为沉淀剂，采用共沉淀合成法、干燥煅烧一体化工艺制备掺铝小粒径的四氧化三钴，将不同掺铝量的四氧化三钴和碳酸锂按照相同的比例混匀煅烧制备钴酸锂。研究不同铝含量掺杂四氧化三钴的均匀性对高容量电池循环和倍率性能的影响。XRD、SEM、表面和剖面EDS测试表明：掺铝0.2%的四氧化三钴表面和剖面铝分布最为均匀，表面一次颗粒最为细小，无条状晶型。电化学测试表明：掺铝均匀的小粒径四氧化三钴能改善正极材料的高容量性能及提高材料的循环性能。其中0.2%铝掺杂四氧化三钴制备的钴酸锂具有优异的循环寿命和倍率性能，1 C倍率下的首次放电容量为198.0 mAh/g,100次充放电后的放电容量仍为195.0 mAh/g，容量保持率为96.5%，以及0.2 C、0.5 C、2 C、3 C、5 C等不同倍率下的放电容量均明显优于不同掺杂量的正极材料。
基于AI模型的储能电站电池温度异常缺陷定位测试应用
张浩;刘志凯;陈泓韬;范华;李可;徐静蕾;彭朗;针对储能电站因电池温度异常引发的安全问题，本文提出了一种基于人工智能（AI）技术的温度数据异常分析与问题定位方法。通过在储能电站关键区域部署高精度温度传感器，构建三维测温网络，并对采集的数据进行中值滤波去噪、自回归积分移动平均（ARIMA）模型插值填补缺失值以及最小-最大（Min-Max）归一化等预处理操作。在特征提取方面，不仅需考虑原始温度值，还需计算温度变化率、相邻传感器温差等基础特征，以及滑动窗口统计量和频域特征等衍生特征，最终筛选出12项对异常检测最具区分度的特征。本文构建了卷积神经网络-长短期记忆网络（CNN-LSTM）融合模型和孤立森林模型，并采用Stacking集成策略进行模型融合，使异常检测的F1值提升至0.95。通过将电池区域划分为网格，结合地理信息系统（GIS）技术和K-近邻算法（KNN算法），实现对问题电池的精准定位。
球形硬碳的可控合成与电池性能研究
鲍克成;李仁桂;卢文静;胡金刚;蒋学鑫;树脂硬碳作为钠离子电池负极材料，因其高容量和稳定结构备受关注。而硬碳的性能与其微观结构密切相关，目前市场上工业化硬碳材料的微观结构较为杂乱。针对目前市场上硬碳材料微观粒径不可调节的问题，本文采用间苯二酚和甲醛为原料，以甲醇与水为溶剂，利用水热法直接合成直径为1～10μm的树脂微球。将得到的树脂微球经过不同的后处理获得不同的微观结构。通过拉曼光谱、激光粒度分析仪、场发射扫描电子显微镜（SEM）等方式对材料进行了表征，确定了材料为单分散不同粒径的球形硬碳。
基于尺寸优化的储能Pack液冷板轻量化设计及热-力性能验证
吴成涛;张健;金金铭;祝方方;百兆瓦（MW）级大规模储能电站日益增多，对储能大容量化技术的需求更加迫切。电网对大容量储能系统的并网友好性有更高要求。就储能系统而言，电池簇精细化管理的内部需求凸显，同时储能集成系统成本压力增加，也需要整体管控。从仿真角度分析发现，储能Pack的液冷板存在降本空间，故本文采用尺寸优化的方法，以液冷板质量最小为优化目标，截面厚度尺寸为设计变量，Pack静强度为约束条件，使液冷板的整体质量下降25.2%。根据减重优化后的尺寸结果构建新的储能Pack模型，发现减重后的液冷板可使Pack内的电芯温度更加均一，静强度均小于材料的屈服强度，道路运输分析的最大置信应力均小于材料屈服强度，满足设计强度要求。
环境温度对起动用铅酸蓄电池寿命的影响分析
潘龙义;陈志平;张辽;陈茂;周尚卉;冉梦莉;铅酸蓄电池广泛应用于机动车辆起动、光伏发电与风力发电系统储能等领域。然而，在铅酸蓄电池的长期使用过程中，存在水损耗大、寿命短、回收利用难度高等问题，这些问题一直困扰着国内外蓄电池行业。研究表明，环境温度是上述问题中影响较为突出的因素。本文针对不同温度下铅酸蓄电池的水损耗量、循环使用寿命、剩余容量等进行比对探讨。
工程机械电池箱的轻量化设计
张志猛;陈宗旭;为了提升新能源工程机械车辆的续航里程，本文以某新能源工程机械车辆的动力电池包为研究对象。在确保原有电池箱可靠性的前提下开展轻量化设计，采用CATIA软件建立对应的有限元模型，并依次对电池箱进行模态分析、静强度分析和随机振动分析。根据仿真分析结果，采用超高强度钢作为电池箱体结构材料，结合结构优化与辊压型材的引入，可有效实现轻量化目标。优化后的箱体质量由原来的818.3 kg下降至538.5 kg，轻量化率约为34.2%；优化后箱体的模态、位移、应力、应变均控制在预设阈值内，满足工程规范与设计准则。本文还介绍了原有方案与轻量化方案的结构及工艺特点，综合运用材料、结构及工艺连接等轻量化途径，结合仿真分析技术，成功达成了电池箱轻量化的预期目标。
锂离子电池隔膜双向同步拉伸机技术研究
殷振胜;赵晶;本文针对锂离子电池隔膜制造中的双向同步拉伸工艺展开研究，提出了一种纵向-横向可调式双向同步拉伸机设计方案。通过对比分步拉伸、一代同步拉伸及二代同步拉伸工艺的性能差异，明确了双向同步拉伸技术在能耗、运行稳定性、产品性能等方面的优势。结合实验数据与理论计算，验证了拉伸比（纵向：1∶3.8～1∶5，横向：1∶3～1∶7）、温度（112～117℃）及拉伸速率（5%～50%）对隔膜孔隙率、透气性和机械性能的影响规律。研究结果表明，该设备可实现无接触拉伸，适应多种特种薄膜生产。在生产线中，一台双向同步拉伸设备即可完成纵向拉伸和横向拉伸两台设备的工作，综合能耗较传统设备大幅降低，为锂电隔膜的高效制备提供了技术支撑。