论文标题：Advancing lithium-ion batteries through integrated health monitoring and intelligent thermal management

期刊：ENGINEERING Chemical Engineering

作者：Guangya Zhang, Wei Zhu, Yue Huang, Chang Yin, Man Zhou, Yuan Deng

发表时间：26 Aug 2026

DOI：10.1007/s11705-026-2695-x

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文章信息

文章题目

Advancing lithium-ion batteries through integrated health monitoring and intelligent thermal management

文章来源

Guangya Zhang, Wei Zhu, Yue Huang, Chang Yin, Man Zhou, Yuan Deng. Advancing lithium-ion batteries through integrated health monitoring and intelligent thermal management. ENG. Chem. Eng., 2026, 20 (10) : 82

DOI:10.1007/s11705-026-2695-x

文章导读

锂离子电池在快充和宽温域等极端工况下的应用需求持续增长，显著压缩了电池性能与安全之间的安全裕度。在这类严苛工况下，电池失效是电化学、热和力学退化等过程复杂耦合的结果。析锂、界面生长、产气等现象会诱发热失稳，同时产生可用于早期预警的对应物理信号。传统安全策略仍高度依赖滞后的外部测量手段，难以捕捉电池内部早期热演化与退化过程。北京航空航天大学祝薇和邓元教授团队在ENG. Chem. Eng.上发表文章，系统评述了健康监测与热管理深度融合的新兴技术范式。通过厘清退化底层机理与诊断信号的物理来源，评述新兴的内部感知技术，重点分析了先进热学、力学与气体传感技术。进一步总结了热管理从外部调控向局域内部干预的技术转变；探讨了如何融合多模态传感信号解析电池状态和划分风险等级，并协同实现自适应热响应。最后，围绕多功能材料、嵌入式传感、数字孪生驱动的数据融合技术，展望了面向智能自调控电池架构的未来研究方向。

主要内容

锂电池失效的底层逻辑：退化机理与热行为基础

文章第二部分系统阐释了锂离子电池退化衍生信号与热行为的内在机理，锂电池的电极、隔膜、电解液、集流体等组件既是储能载体，也是热学、力学、气体和电学信号的产生位点。锂库存损耗（LLI）与活性材料损耗（LAM）是电池退化的两类主要模式，其中SEI生长和析锂可导致LLI；颗粒开裂、相变和活性材料失联等可导致LAM，而界面增厚、传输受限和结构损伤还会共同推动阻抗增长与极化加剧。上述退化过程可进一步表现为异常产热、形变、产气及电学信号变化。正常运行中的电池产热主要包括可逆熵热、不可逆焦耳热和反应极化热，滥用条件下则会出现额外的强放热反应。退化与热失稳之间还存在双向反馈，仅依靠单一温度阈值难以实现可靠预警。

锂离子电池多维度健康监测关键技术梳理

第三部分围绕锂电池健康监测技术展开，分别对热、力学形变和气体三大类主流监测手段进行系统评述。热监测包含表面接触传感、非接触传感和内部原位传感三类方案。外部传感实现简单但存在热滞后，难以捕捉电芯内部早期热点；内部原位传感可直接获取内部热信息，涵盖热电、电阻式电子传感、自感知电池组件和光纤传感等技术，但面临集成工艺、长期稳定性等现实难题。力学形变监测分为表面接触式、非接触探测和内部原位传感，能够表征电池膨胀、应力/应变以及与颗粒损伤、界面演化相关的力学变化。表面方案易受外壳与夹具干扰，非接触手段多用于机理研究，内部传感可获取局域应力应变，但需解决封装与信号漂移问题。气体监测分为外部气体传感与内部产气原位监测，气体信号具备较好化学特异性，可反映电解液分解和副反应程度。外部传感部署便捷但存在气体传输延迟；内部原位监测包括拉曼、吸收光谱、质谱、集成化学传感器，可贴近反应源头检测产气，不过仪器复杂、电解液兼容性仍是制约因素。热、力学、气体三类传感信号互为补充，共同反映电池内部退化与安全演化，为多模态的电池状态解析提供感知基础。

锂离子电池外部与内部热管理技术剖析

第四部分系统介绍锂离子电池热管理技术，将其划分为外部热管理与内部热管理两大体系。外部热管理作为工程主流方案，分为主动（空冷、液冷）、被动（相变材料、热管/均热板）以及混合热管理，可实现模组与电池包层级的温度调控，但受限于电芯热阻，难以有效抑制电芯内部局域热点。内部热管理则把热调控功能植入电池组件内部，包含集成冷却、集成加热等主动内部技术以及导热骨架、集成相变材料等被动内部技术，能够在靠近电化学活性区域完成热量移除、生成、再分布或热缓冲。同时文章也剖析了内部集成带来的能量密度损耗问题，需要权衡热调控收益与非活性质量、体积增加带来的代价。目前外部热管理仍是工程应用的主流基础，内部热管理则作为面向局域热点和快速热响应的新兴补充路线。

面向智能电池的传感?热管理闭环集成框架

第五部分探讨了如何实现感知、热调控与智能决策的有机融合，首先阐述了多模态数据融合完成“信号?状态”解析，需要对温度、力学、气体及电气等异质信号开展特征对齐与提取，结合物理先验、物理知情神经网络、数字孪生等工具，实现电池健康状态、安全风险、故障类型的识别判断，同时要重视物理约束，规避纯数据驱动模型泛化不足的缺陷。之后介绍了“状态?动作”层面的风险分级预警与自适应调控，不再依靠单一阈值报警，而是对风险等级、故障源头进行判别，并据此匹配充电调节、加热/冷却控制、停机保护等分级响应。数字孪生可支撑从被动响应走向预测性热管理，目前多数AI驱动的闭环验证仍集中于充电策略优化、预警与运行调节，以及与外部热管理系统的协同控制。电芯嵌入式热组件的直接闭环触发仍处于前期研究阶段，为下一代自调控智能电池指明了发展思路。

智能集成锂离子电池的挑战与未来发展

第六部分从多功能集成、多模态数据集与物理引导解析、实际电池系统闭环控制三个方面对全文进行总结与展望。未来锂离子电池需要向材料?组件?电芯层级深度多功能集成方向发展，在嵌入传感与热调控功能的同时兼顾电化学兼容性、制造可行性与能量密度；亟需构建同步可靠的多模态数据集，结合物理约束、数字孪生提升电池状态解析的可解释性与泛化能力；还要攻克异构信号时间常数不一致、硬件执行器件可靠性等难题，开发具备层级决策逻辑、冗余确认和不确定性感知能力的实用闭环控制系统，推动具备感知及局域干预能力的下一代智能电池落地。

亮图展示

图1 锂离子电池集成健康监测与智能热管理总体框架。

图3 锂离子电池退化模式、退化机理及外部影响因素示意图。

图17 智能化与集成化电池热管理的代表性“信号-状态-动作”通路。

作者简介

第一作者: 张光亚，北京航空航天大学材料科学与工程学院博士研究生，主要研究方向为储能系统健康监测与热管理。

通讯作者 1: 祝薇，北京航空航天大学材料科学与工程学院副研究员、博士生导师，长期从事功能材料、器件集成与应用研究，主要研究方向包括热电膜材料与微型器件集成、超快激光微纳制造、芯片热管理以及触觉传感与智能感知。

通讯作者 2: 邓元，北京航空航天大学材料科学与工程学院教授、博士生导师，北京航空航天大学杭州创新研究院微电子与信息材料研究中心主任，主要从事热电薄膜与微器件集成、新型热能调控材料、新型温度传感器及柔性电子材料研究。

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