来源：“高分子科技”公众号
近年来，随着新能源汽车的快速发展，动力电池在复杂服役环境下的安全问题受到广泛关注。热滥用、机械滥用及电化学滥用等因素均可能诱发电池热失控，并在极短时间内释放大量能量，严重威胁人员与设备安全。相比于外部温度或气体信号，电池内部力学信号通常在热失控前驱阶段便已出现异常，因此，构建具备本征自感知能力的智能电池体系，实现电池在热失控早期尤其是锂盐分解阶段，并进一步建立面向复杂工况的智能识别与预警体系，已成为推动高安全智能电池发展的关键科学问题。
针对上述问题，中国科学技术大学龚兴龙教授、邓华夏教授团队与合肥大学梁鑫教授以及上海理工大学窦世学教授、刘化鹍教授合作，提出了一种本征自感知智能电池设计策略，通过研制具备本征自感知能力的隔膜，在不影响电池电化学性能的前提下，实现了电池内部力学信号的在线监测。基于智能电池，结合智能算法实现了对各种复杂机械工况的精准识别，并能够在锂盐分解阶段捕获异常信号，实现热失控的早期预警。该工作为高安全、智能化动力电池的发展提供了新的设计思路。
相关研究以“Early warning at lithium salt decomposition stage by integrated self-sensing batteries”为题，发表于国际能源材料领域顶级期刊《Energy Storage Materials》。论文第一作者为中国科学技术大学工程科学学院研究生袁圆，通讯作者为龚兴龙教授、邓华夏教授和刘冰特任副研究员。该工作得到国家自然科学基金、中央高校基本科研业务费和中国博士后科学基金的资助与支持。
【本征自感知智能电池算法分类与早期预警】
本研究提出了一种本征自感知智能电池设计策略，通过研制具有本征自感知的PDA@BTO/PVDF-HFP隔膜，实现了电池内部力学信号的在线监测。基于隔膜在机械扰动与热失控早期阶段产生的压电响应信号，结合智能算法可实现对碰撞、底部刮擦及通过减速带等复杂工况的精准识别，并在锂盐分解阶段实现热失控早期预警。同时，该智能电池具有优异的电化学性能，为高安全智能电池的发展提供了新的设计思路。
图1. 本征自感知智能电池的信号识别与早期预警
【本征自感知PBPH隔膜的压电性能】
得益于PDA@BTO压电颗粒与PVDF-HFP纤维体系之间优异的界面耦合作用，PBPH隔膜表现出显著增强的压电响应性能。随着加载频率、速度及外力的增加，输出电压均明显提升，并与外加压力呈现良好的线性关系，表明其具备稳定且可预测的压电响应特性。值得关注的是，在长时间循环冲击测试中，PBPH隔膜经过6400次循环后输出信号仍保持稳定，说明其具有优异的循环稳定性与长期服役可靠性，为智能电池的原位力学感知与长期安全监测提供了重要基础。
图2. PBPH隔膜的压电性能
【本征自感知PBPH隔膜的优势：良好的电化学性能】
由于PBPH隔膜优异的离子传输与界面调控能力，其电化学性能整体显著优于PP与PH隔膜。EIS结果表明PBPH具有更低的界面阻抗与更高的离子电导率，促进Li⁺快速迁移；CV与LSV结果显示其具备更高反应动力学与更宽电化学稳定窗口，从而实现更稳定的电极/电解液界面。倍率测试中，PBPH在0.2–5 C范围内均表现出更高容量与更小极化，并在回到低倍率后几乎完全恢复，体现优异的结构稳定性与可逆性。长循环结果进一步表明其在多倍率条件下均具有更高容量保持率，尤其在高倍率下优势更为显著。在软包电池中仍表现出良好循环稳定性与较高容量保持率，并在机械扰动下保持正常工作，说明其三维多孔结构有利于维持连续离子通道与结构完整性。
图3. 锂金属电池的电化学性能
【智能电池的实时传感和热失控早期预警】
本征自感知智能电池实现了对不同机械工况与热失控早期的原位感知与识别。外力作用下输出电压随载荷增强而升高，体现良好的力电响应关系；在宽温与宽频振动条件下信号保持稳定，表现出优异环境适应性。在刮擦、颠簸与碰撞等复杂工况中，可产生特征性电压响应且随扰动强度单调变化，实现事件定量识别。结合机器学习与时频分析，可高精度区分多种机械冲击与热失控信号。在热失控过程中，PBPH隔膜可将热应力演化转化为电压突变，实现电池热失控的实时监测，并在热失控发生前约130 s提供预警。
图4. 智能电池的实时监测和热失控早期预警
【小结】
总体而言，本研究构建了本征自感知PDA@BTO/PVDF-HFP压电纤维隔膜，并进一步开发出兼具自感知、早期预警与优异电化学性能的本征自感知智能电池。该体系能够实现对外界机械工况的在线监测与算法识别，并在热失控发生前约130 s发出预警信号。值得注意的是，在热失控早期锂盐分解阶段，电池已能够产生异常电压响应，实现早于SEI分解、气体析出及剧烈热反应之前的早期预警。此外，得益于压电隔膜对锂枝晶生长的有效抑制，所构建锂金属电池在5 C高倍率循环700圈后仍保持89.70%的容量保持率与超过99%的库仑效率，展现出优异的循环稳定性与界面调控能力。总体而言，该工作为压电传感隔膜与电池管理系统的深度融合提供了新思路，有望推动储能器件向智能化、自监测与高安全方向发展，并展现出广阔的实际应用前景。
原文链接：Yuan Y, Liu B*, Liu Q, Zhang LH, Liang X, Liu HK, Dou SX, Deng HX*, Gong XL*, Early warning at lithium salt decomposition stage by integrated self-sensing batteries[J]. Energy Storage Materials, 2026, 105230.
https://doi.org/10.1016/j.ensm.2026.105230