来源 | Nature

链接 | https://doi.org/10.1038/s41586-025-08785-7

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背景介绍

大容量锂离子电池（LIBs），作为电源在各种应用中发挥着关键作用，包括便携式电子产品、电动汽车（EV）和可再生能源存储系统。然而，人们越来越担心集成LIB系统的安全性，在2020年至2024年期间，有多达9486起事故的报告。为了确保商用LIBs的安全应用，捕获内部信号以实现早期故障诊断和预警至关重要。监测电池果冻卷结构内的非均匀温度和应变分布为实现这一目标提供了一种有希望的方法。

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成果掠影

近日，北京理工大学宋维力、孙磊以及陈浩森团队开发了一种微型化、低功耗的新型植入式传感系统，能够准确地感知和无线传输LIBs内部的温度和应变信号，而对其性能的影响可以忽略不计。得益于其微型化设计，该系统可以非侵入式方式集成于卷芯结构中，实现内部实时监测，且能兼容现有电池制造流程。在一款100 Ah商用磷酸铁锂（LFP）棱柱形电池中，该系统功耗极低，仅为电池总能耗的0.068‰。值得注意的是，植入该系统后的电池在超过1000次循环中依旧保持了高稳定性，容量衰减低于8%，与原始电池相近，确保了整个电池寿命周期内的实时监测能力。此外，团队基于植入系统采集的内部信号，建立了几何依赖的内部短路（ISC）模型与膨胀模型，可实现对卷芯中热失效与机械失效的早期预警。综上所述，该集成化植入式传感系统兼具高灵敏度感知与无线传输能力，为商用锂电池的早期故障诊断与预警提供了极具前景的平台技术。研究成果以“Wireless transmission of internal hazard signals in Li-ion batteries”为题发表在《Nature》期刊。

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图文导读

图1.一种用于精确传感和无线传输LIBs内部温度和应变信号的植入式传感系统。 

图2.内部应变和温度的测量。

图3.圆柱形电池机械故障的定位。

图4.柱形电池热失效检测。