圖/本征自感知智能電池的信號識別與熱失控早期預警
近日，中國科學技術大學工程科學學院龔興龍教授、鄧華夏教授團隊與合肥大學梁鑫教授以及上海理工大學竇世學教授、劉化鹍教授合作，提出了一種本征自感知智能電池設計策略。通過研制具備本征自感知能力的隔膜，在不影響電池電化學性能的前提下，實現了電池內部力學信號的在線監測，同時實現了對復雜機械工況的精準識別，并能夠在鋰鹽分解階段捕獲異常信號，實現熱失控的早期預警。相關成果以“Early warning at lithium salt decomposition stage by integrated self-sensing batteries”為題，發表在國際能源材料領域知名期刊Energy Storage Materials上。
隨著新能源汽車與儲能系統的快速普及，動力電池在實際運行過程中面臨更加復雜的服役環境，其安全問題日益成為行業關注的核心。相比傳統依賴溫度、煙霧或氣體等外部信號的監測方式，電池內部的應力與力學變化往往在熱失控早期便已產生響應。因此，發展具備本征自感知能力的智能電池，實現對內部異常狀態的在線監測，對于提升動力電池的主動安全水平具有重要意義。
研究團隊提出了一種本征自感知智能電池設計策略，通過研制具備本征自感知能力的隔膜，實現了電池內部狀態的在線監測。本征自感知隔膜在不同頻率、壓力及長期循環條件下均表現出穩定且可預測的壓電輸出特性，為電池長期服役過程中的力學感知提供了基礎。本征自感知隔膜優異的離子傳輸與界面調控能力進一步提升了電池的倍率性能與循環穩定性。所構建鋰金屬電池在5 C高倍率下能夠循環超過1000圈，展現出優異的電化學兼容性與長期穩定性。
基于該智能電池體系，結合機器學習算法與時頻分析方法，可實現對碰撞、底部刮擦、通過減速帶等復雜機械工況的精準識別，并能夠在熱失控鋰鹽分解階段捕獲異常壓電信號，實現熱失控發生前約130 s的早期預警。該工作為壓電傳感隔膜與電池體系的深度融合提供了新的研究思路，有望推動動力電池向智能化、自監測與高安全方向發展。
綜上，本研究提出了一種本征自感知智能電池設計策略，通過研制具備本征自感知能力的隔膜，實現電池內部力學信號的在線監測與安全預警。基于靜電紡絲構建的三維多孔纖維結構，隔膜兼具優異離子傳輸能力與穩定壓電響應特性，在提升電化學性能的同時實現長期可靠的壓電信號輸出。該體系可對碰撞、刮擦等復雜工況進行精準識別，并在熱失控的鋰鹽分解階段實現約130 s早期預警。本研究為實現電化學性能與本征安全感知一體化設計提供了新思路。
中國科學技術大學工程科學學院研究生袁圓為論文第一作者，龔興龍教授、鄧華夏教授和劉冰特任副研究員為通訊作者。該工作得到國家自然科學基金、中央高校基本科研業務費和中國博士后科學基金的資助與支持。
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