基于文獻計量分析我國動力電池火災的研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢

吳平召 錢小華

摘要：本著服務于動力電池安全性相關(guān)研究的宗旨，在分析我國新能源車發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢基礎(chǔ)上，以CNKI為數(shù)據(jù)源，利用文獻計量方法，從電池火災領(lǐng)域的載文年代分布、資源分布、作者與機構(gòu)分布和基金分布等進行分析，探討出我國電池火災研究的現(xiàn)狀與未來發(fā)展方向和相關(guān)策略。結(jié)果表明，我國電池火災研究勢頭強勁，尤其是在鋰電池的熱管理系統(tǒng)方面有眾多研究處在世界領(lǐng)先地位，動力電池新型滅火劑也有新突破，整體正逐步邁入穩(wěn)健成熟期。為進一步發(fā)展和提升我國電池火災的研究提供了文獻研究基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：文獻計量；動力電池；火災；防治；現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢

中圖分類號：X928.7? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ?文章編號：2096-1227（2023）11-0121-03

我國新能源車（本文僅指新能源汽車和電動自行車）近十多年來的發(fā)展十分迅猛，截至2022年底，全國電動自行車社會保有量已達3.5億輛[1]；新能源汽車更是飛速發(fā)展，連續(xù)8年產(chǎn)銷世界第一[2]，截至2022年底，全國新能源汽車保有量達1310萬輛，占汽車總量的4.10%，扣除報廢注銷量比2021年增加526萬輛，增長67.13%[3]。要想進一步確保我國新能源車實現(xiàn)高質(zhì)量快速穩(wěn)健發(fā)展，動力電池的安全性和高續(xù)航性能是最關(guān)鍵最核心問題。目前動力電池的高續(xù)航性能正得到有效突破，但爆燃等火災事故也時有發(fā)生，據(jù)應急管理部數(shù)據(jù)，2021年全年共接報電動自行車及其電池故障引發(fā)的火災近1.8萬起、亡57人[4]，其中僅2021年4月北京儲能電站電池爆燃事故，造成直接財產(chǎn)損失達1660.81萬元[5]，這已成為影響該行業(yè)安全的突出隱患之一。因此，本文運用文獻計量理論和數(shù)學與統(tǒng)計學方法來描述、分析、評價和預測其現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢，以認識和把握我國動力電池火災的研究現(xiàn)狀及未來發(fā)展動態(tài)，為促進動力電池安全性研究添磚加瓦。

1 數(shù)據(jù)來源與研究方法

本文以CNKI全部的14個子庫為數(shù)據(jù)來源，采用高級檢索的跨庫檢索模式，在主題或題名或subject=中英文擴展或title=中英文擴展均為“電池 火災”、選擇“模糊”匹配模式，時間為1900.01.01—2022.12.31的條件下共計檢索得到5552條文獻，其中論文文獻為1632條，專利文獻為3116條（其中發(fā)明公開專利1199條、發(fā)明授權(quán)專利246條、實用新型專利1638條、外觀設(shè)計專利33條），標準、成果、年鑒、科技報告等其他文獻804條。

以時間、空間、期刊、專利、機構(gòu)、作者和研究主題等6個科技文獻外部特征作為研究對象，運用文獻計量法對收集的文獻信息進行計量分析，以期達到：①了解該領(lǐng)域所處階段及發(fā)展趨勢；②確定具有研究優(yōu)勢機構(gòu)，弄清我國在電池火災研究領(lǐng)域國際競爭中所處的位置，明確重點研究方向；③厘清其文獻信息的分布情況；④識別該領(lǐng)域主要參與機構(gòu)和主要研究人員，以及其研究特色與方向；⑤明晰該領(lǐng)域的研究熱點及未來發(fā)展方向與趨勢。

2 電池火災領(lǐng)域載文態(tài)勢分析

2.1? 載文年代分布與分析

我國從1959年發(fā)表第1篇該領(lǐng)域文獻至2022年的63年間，共發(fā)文5552條。從表1可以看出，電池火災領(lǐng)域相關(guān)文獻發(fā)展大致可分為4個階段：1959—2001年為朦朧孕育期，此間文獻僅88條，數(shù)量少且發(fā)展緩慢。此階段研究集中在蓄電池的防爆和火災報警方面，涉獵面較狹窄、方向比較單一，在此期間純電動車幾乎沒有；2002—2012年為茁壯成長期，期間文獻數(shù)量有了極大提升且增長穩(wěn)定，研究方向已涉及新能源領(lǐng)域，特別是電動自行車的迅猛發(fā)展，使得電池火災事故開始引起關(guān)注，研究重點開始轉(zhuǎn)向電池火災的滅火、災后處理和電池安全上，我國的電池火災研究也漸現(xiàn)突破性進展，如2010年的《燃料電池汽車及氫能源的發(fā)展現(xiàn)狀與安全對策》[6]；2013—2021年為快速發(fā)展期，此間文獻量從年均39.2條，激增至436.2條，增速達11.1倍，且文獻質(zhì)量顯著提高，研究領(lǐng)域明顯拓寬、成果相當豐碩，已從探討和解決單一問題的項目化研究向全面綜合解決系統(tǒng)化工程大問題邁進，并不斷精進優(yōu)化，在系統(tǒng)化和智能化等方面取得了突出進展與貢獻；根據(jù)文獻增長規(guī)律[7]，2022—2030年為穩(wěn)健成熟期，預計期間會有10782條文獻，其中2022年已是1146條，文獻數(shù)量增長表現(xiàn)應為平緩，文獻量在1000～1600條的高位上，其研究趨勢從追求數(shù)量轉(zhuǎn)為高質(zhì)量發(fā)展上，研究內(nèi)容擴展至全領(lǐng)域的方方面面。

2.2? 載文資源分布

本領(lǐng)域的文獻分布于專利、期刊、學位論文和會議集等眾多媒體。與一般的領(lǐng)域不同，該領(lǐng)域文獻量排名第一的是專利（3116條，占56.12%）而非期刊（882條，占15.89%）。在專利中，實用新型專利1638條占52.57%，發(fā)明專利1445條占46.37%（其中發(fā)明公開1199條占38.48%，發(fā)明授權(quán)246條僅占7.89%，授權(quán)率僅17.02%，與我國2021年發(fā)明專利55.0%授權(quán)率差距甚遠），外觀設(shè)計專利33條占1.06%。這體現(xiàn)了該領(lǐng)域研究技術(shù)性和應用性均強的特點；外觀設(shè)計專利占比低，發(fā)明專利與實用新型專利數(shù)量相當，證明我國在該領(lǐng)域具有明顯創(chuàng)新性和研究正在朝著高質(zhì)量方向發(fā)展。

該領(lǐng)域期刊文獻的載文分布于近200種期刊，該領(lǐng)域具有極強專業(yè)性，載文量TOP10的期刊文獻載文量共311條，僅占期刊載文量的36.94%，可見其載文較分散，且期刊的影響因子相差甚大。此外，從文獻層次分布和學科類別分布，也進一步佐證了該領(lǐng)域文獻呈高度分散態(tài)，且表明該領(lǐng)域是專業(yè)性極強且綜合性極高的學科，也決定了其研究應是多學科、跨行業(yè)的大融合式的聯(lián)合綜合性研發(fā)。另外，目前的文獻主要集中于新能源交通工具（電動汽車和電動自行車為主）、新能源儲能站及其設(shè)備的鋰電池。

2.3? 主要載文機構(gòu)分布

對機構(gòu)名稱及相關(guān)隸屬機構(gòu)署名的相關(guān)數(shù)據(jù)做整理合并，得出該領(lǐng)域載文量TOP15研究機構(gòu)（有并列）的分布。它反映出國內(nèi)研究電池火災的機構(gòu)較分散，在TOP15中，研究院所擁有7席（其中消防專業(yè)機構(gòu)為5個，占1/3）占比達46.67%，大學有6席占40.00%，公司為2席占13.33%，主力是消防專業(yè)機構(gòu)、高等學校和電力電網(wǎng)與民航機構(gòu)。從區(qū)域看，華東地區(qū)和華北地區(qū)均為6個是該領(lǐng)域最活躍最強大的力量，西南地區(qū)2個，華北地區(qū)1個，可見其區(qū)域分布十分不均，主要集中于華東和華北的北京、上海、天津等中心超級大城市，而華南地區(qū)和西北地區(qū)甚少。這迫切需要國家層面和各行業(yè)根據(jù)電池火災及電池行業(yè)的發(fā)展等具體情況，出臺一些科學綜合均衡地區(qū)分布布局的指導性原則或指南，在全國一盤棋下，統(tǒng)籌強化或引導各地區(qū)形成各具特色和優(yōu)勢又協(xié)調(diào)發(fā)展的格局，使我國在該領(lǐng)域真正形成“百花齊放、百家爭鳴”的新局面，為全面超越和引領(lǐng)世界奠定基礎(chǔ)。

2.4? 主要載文作者分析

通過統(tǒng)計分析高產(chǎn)作者和作者合作網(wǎng)絡關(guān)系發(fā)現(xiàn)，載文數(shù)量TOP10的作者中應急管理部上海消防研究所和天津消防研究所各有4位，中國科學技術(shù)大學火災科學國家重點實驗室和安徽軍工集團控股有限公司各1位。可見，天津和上海2個消防研究所為國內(nèi)最強的火災研究專業(yè)獨立機構(gòu)，其載文量排名分居第3和第7位，載文排名第1和第2位的則是中國科學技術(shù)大學和國家電網(wǎng)公司。作者合作網(wǎng)絡關(guān)系表明清華大學歐陽明高和馮旭寧團隊有聯(lián)合研發(fā)領(lǐng)先優(yōu)勢，中國民用航空飛行學院賀元驊團隊也合作有方，且聯(lián)合研發(fā)排名前3的均屬高校，說明我國電池火災領(lǐng)域的聯(lián)合研發(fā)是高校打在前陣，有引跑之效。

另外，從高產(chǎn)作者的研究內(nèi)容看，均集中于該領(lǐng)域的某些熱點方向，研究方向較雷同，且未見協(xié)同聯(lián)合的痕跡，這值得糾偏和改進，應大力加強多學科、多部門、多行業(yè)的“產(chǎn)研企學”多維度全方位大聯(lián)合協(xié)同研究，摒棄自大和壟斷的做法，以使資源和資金的利用效益和效率都能最大化，盡早實現(xiàn)我國在此領(lǐng)域有世界級領(lǐng)軍人物和團隊來引領(lǐng)全球的發(fā)展的目標。

2.5? 載文基金項目分析

載文基金統(tǒng)計結(jié)果顯示，載文標有國家層面基金項目的203條，占全部基金項目的80.88%，其中國家自然科學基金83條，占國家級項目的40.89%；而部省地方層面基金項目僅48條，占比僅19.12%。可見，在我國此領(lǐng)域是以國家資助研發(fā)為主，遺憾是未能發(fā)現(xiàn)有行業(yè)內(nèi)龍頭/大型企業(yè)的資助項目，但高校資助的確不少。值得一提的是，該領(lǐng)域標有基金項目的比例僅4.60%，相比其他科技類熱門領(lǐng)域20%～45%的比例而言是嚴重偏低，這可能是本領(lǐng)域不標注基金項目的專利文獻比期刊文獻多得多的緣故。

3 電池火災領(lǐng)域的研究熱點及發(fā)展趨勢分析

3.1? 熱點研究分析

從文獻的被引頻率和下載頻率等可知，本領(lǐng)域研究的熱點主要集中于：①鋰離子電池熱失控的成因、機理和防控策略與措施；②鋰離子電池火災的危險性、危害作用、防治策略與措施；③鋰離子電池燃爆特征及應對策略措施；④鋰離子電池火災的滅火方法、滅火劑研制、滅火裝置設(shè)計及成套裝備的研發(fā)與應用研究等。其中，鋰離子電池熱失控的成因、機理研究已日趨成熟，鋰離子電池火災的滅火方法、滅火劑研制、滅火裝置設(shè)計及成套裝備的研發(fā)與應用研究[8]等也正在邁向日新月異的成功之路。當前電池的續(xù)航里程已有了突破性進展——低溫超長續(xù)航里程[9]，但存在的最大痛點和技術(shù)瓶頸問題仍是鋰離子電池熱失控的主動控制技術(shù)——BTMS（電池熱管理系統(tǒng)）和被動控制技術(shù)——電池新型滅火劑的理論創(chuàng)新與關(guān)鍵技術(shù)突破。

3.2? 研究領(lǐng)域發(fā)展趨勢分析

從高頻關(guān)鍵詞等內(nèi)容推斷本領(lǐng)域發(fā)展趨勢是：①鋰離子電池熱失控過程的各方面各環(huán)節(jié)均應有更全面更細致研究，特別是有空氣冷卻、液體冷卻、PCM（相變材料）冷卻和混合冷卻BTMS的電池組的綜合創(chuàng)新，以尋得電池熱管理新方法、新理論和新技術(shù)。對不同BTMS在熱失控傳播過程與機制中的有效性和效率，以及鋰離子電池化學物質(zhì)的熱失控氣體等的研究也備受關(guān)注。②除主動防控外，電池火災的被動防控也需進一步加強與提升。一是要在政策、法律法規(guī)等宣傳上強化人們的防范意識，強化安全思維與行為規(guī)范。二是要在電池火災的補救措施上做足文章。既要在滅火技術(shù)和方法上不斷創(chuàng)新，更要在事前事后的管理上積極提升。要著重研發(fā)出既能安全高效滅火，又對環(huán)境友好的滅火劑和簡便實用的滅火新技術(shù)新方法等。還應加強動力電池火災各個環(huán)節(jié)的安全管理，制定出一系列周到細致的科學管理標準和實施細則，建立健全動力電池從源頭材料至最終產(chǎn)品使用與消亡的全過程全面管理的新機制、新方法和新規(guī)章。

4 結(jié)語

本文采用文獻計量方法對電池火災領(lǐng)域的相關(guān)文獻進行分析，通過分析梳理發(fā)現(xiàn)：該領(lǐng)域載文目前處于穩(wěn)健成熟期，載文量呈高位態(tài)勢，文獻質(zhì)量呈快速攀升趨勢，研究方向不斷拓展到全方位，研究層次不斷深入于全球行業(yè)最核心最關(guān)鍵問題，研究合作方式是縱向橫向交叉立體大聯(lián)合的集中攻關(guān)解決領(lǐng)域內(nèi)的重大規(guī)模性集成型的大難題——新能源動力儲能電站的安全系統(tǒng)管理與優(yōu)化和電動汽車的EV BTMS等。

當前，安全高效廉價易工業(yè)化規(guī)?；a(chǎn)制造的新能源電池技術(shù)在中國乃至全球均具有廣闊的發(fā)展?jié)摿?。未來，我國應當在現(xiàn)有的基礎(chǔ)上，進一步針對電池火災領(lǐng)域管理上的頂層設(shè)計和技術(shù)上的創(chuàng)新突破等進行超前謀劃，形成我國“研學產(chǎn)企銷”全優(yōu)勢，為實現(xiàn)電池火災領(lǐng)域全面超越和領(lǐng)跑全球不懈努力。

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Analyzing the Research Status and Development Trend of Power Battery Fire in China Based on Bibliometrics

Wu Pingzhao，Qian Xiaohua

（Jiangxi Xinyu Guotai Specialty Chemical Co.，Jiangxi? Xinyu? 338034）

AbstraCt： With the purpose of serving the research related to the safety of power batteries， based on the analysis of the current situation and trend of the development of new energy vehicles in China， we take CNKI as the data source， and analyze the distribution of articles in the field of battery fire in terms of chronological distribution， distribution of resources， distribution of authors and institutions， and distribution of funds， etc.， and discuss the current situation and future development direction and related strategies of the research on battery fire in China. The results show that China's battery fire research has a strong momentum， especially in the thermal management system of lithium batteries， there are many studies in the world's leading position， new breakthroughs in new extinguishing agents for power batteries， and the whole is gradually moving into a robust and mature period. It provides a bibliometric foundation for further development and enhancement of research on battery fire in China.

Keywords： bibliometrics; power battery; fire; prevention and control; current status and development trend