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中国科学技术大学王青松教授团队在Journal of Energy Chemistry（IF：14）发表题为Revealing the thermal stability of sodium-ion battery from material to cell level using combined thermal-gas analysis论文，该成果由中国科学技术大学火灾科学国家重点实验室、安徽省应急管理研究院、中国科学院物理研究所北京凝聚态物理国家实验室和山东科技大学安全与环境工程学院等机构联合支持。
钠离子电池（SIBs）作为新型储能电池，其热稳定性对电池安全性及应用前景至关重要。本研究利用多种材料组合，深入探究了钠离子电池中正极材料（NaxNi1/3Fe1/3Mn1/3O2，NFM111）和负极材料（硬碳，HC）的热生成和产气特性，并借助微观和宏观表征技术，阐明了电池在加热过程中电极材料的潜在反应机制 。
为实现对NFM/HC材料组合多层次的热安全理解，研究采用了特定的技术路线对钠离子电池从材料到电池层级的热稳定性进行深度剖析。具体包括：
从微观角度研究正负极材料在加热过程中的结构和成分演变，通过SEM、高分辨率TEM（HRTEM）和原位XPS检测负极表面固体电解质界面（SEI）的形貌及分解过程中的成分变化；
利用XRD测试正极活性材料的相变，探究正负极宏观变化与微观变化的内在关联；
借助DSC和TG-IR-MS仪器分析微观变化过程中的产热和产气行为，获取电池材料完整的热行为；
对NFM/HC软包电池进行ARC实验，确定其热失控路径，并完成对电池热失控过程特征参数的分析。
本研究技术路线
在ARC实验部分，研究团队选用仰仪科技绝热加速量热仪TAC-500A进行测试。该仪器能够在实验室条件下精确模拟电池潜在的热失控过程，凭借优异的绝热跟踪性能，可实时监测并记录电池在绝热环境中的自加热行为及压力变化。仪器具有快速响应、高灵敏度和测量精确等优势，能完整获取热失控全过程的热力学参数，基于这些实验数据，可准确计算出TD24、TMRad、SADT 等关键热安全指标，为电池热安全性评估提供可靠依据。
仰仪科技绝热加速量热仪TAC-500A
本研究中TAC-500A的应用
研究团队采用TAC-500A的HWS（加热-等待-搜寻）模式，对充电至100%SOC的软包电池进行绝热热失控测试。为确保测试准确性，将加热步骤设为10°C，等待时间设为60min，以此保证电池与ARC测试腔温度一致。通过这一严谨的实验过程，成功获取了NFM/HC全电池体系在绝热热失控过程中的三个关键特征参数：
自放热起始温度（Tonset）：研究结果显示，该电池的自放热起始温度为97.93°C。在此温度点，SEI膜显著分解，电解液溶剂直接接触阳极，引发放热反应。当热电偶检测到温度上升速率≥0.02°C/min时，电池便进入自热阶段。
热失控起始温度（Ttr）：实验数据表明，该电池热失控起始温度在124.03°C。此时，电池温度上升速率达到1°C/s，内部压力接近阈值。一旦超过电池外壳的承载能力，外壳就会破裂，释放出高温电解液蒸汽等反应气体，导致温度略有下降。
热失控最高温度（Tmax）：随着电池热失控加剧，电池材料间反应愈发剧烈，温度从Ttr（dT/dt≥1°C/s）迅速攀升至最高温度403.6°C（Tmax）。
部分研究成果展示
结论
本研究还取得其他成果：
运用表面分析和原位加热XPS技术，研究正极的结构演变和负极的钠演化过程，发现正极在加热过程中发生显著相变并伴有氧气释放，负极上SEI大量降解导致Na2CO3 和 Na2O 形成，且在负极加热过程中观察到金属钠出现；
通过DSC测试探究电池材料热稳定性，发现正极与电解液反应放热焓值居于各测试组合shou位。负极与电解液反应中，SEI 破坏后，电解液会与负极和金属钠剧烈反应，正极产氧行为使正极 - 电解液组合在高温下产生CO2，负极、金属钠与电解液的还原反应生成CO、C2H4和H2。
综上所述，本研究成果为钠离子电池热安全性评估提供了全面的数据支持，有助于科研人员深入剖析电池热失控机制，为后续改进电池设计、优化材料选择奠定了坚实的科学基础。
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