基于文献计量分析我国动力电池火灾的研究现状与发展趋势

吴平召 钱小华

摘要：本着服务于动力电池安全性相关研究的宗旨，在分析我国新能源车发展现状与趋势基础上，以CNKI为数据源，利用文献计量方法，从电池火灾领域的载文年代分布、资源分布、作者与机构分布和基金分布等进行分析，探讨出我国电池火灾研究的现状与未来发展方向和相关策略。结果表明，我国电池火灾研究势头强劲，尤其是在锂电池的热管理系统方面有众多研究处在世界领先地位，动力电池新型灭火剂也有新突破，整体正逐步迈入稳健成熟期。为进一步发展和提升我国电池火灾的研究提供了文献研究基础。

关键词：文献计量；动力电池；火灾；防治；现状与发展趋势

中图分类号：X928.7      文献标识码：A       文章编号：2096-1227（2023）11-0121-03

我国新能源车（本文仅指新能源汽车和电动自行车）近十多年来的发展十分迅猛，截至2022年底，全国电动自行车社会保有量已达3.5亿辆[1]；新能源汽车更是飞速发展，连续8年产销世界第一[2]，截至2022年底，全国新能源汽车保有量达1310万辆，占汽车总量的4.10%，扣除报废注销量比2021年增加526万辆，增长67.13%[3]。要想进一步确保我国新能源车实现高质量快速稳健发展，动力电池的安全性和高续航性能是最關键最核心问题。目前动力电池的高续航性能正得到有效突破，但爆燃等火灾事故也时有发生，据应急管理部数据，2021年全年共接报电动自行车及其电池故障引发的火灾近1.8万起、亡57人[4]，其中仅2021年4月北京储能电站电池爆燃事故，造成直接财产损失达1660.81万元[5]，这已成为影响该行业安全的突出隐患之一。因此，本文运用文献计量理论和数学与统计学方法来描述、分析、评价和预测其现状与发展趋势，以认识和把握我国动力电池火灾的研究现状及未来发展动态，为促进动力电池安全性研究添砖加瓦。

1 数据来源与研究方法

本文以CNKI全部的14个子库为数据来源，采用高级检索的跨库检索模式，在主题或题名或subject=中英文扩展或title=中英文扩展均为“电池 火灾”、选择“模糊”匹配模式，时间为1900.01.01—2022.12.31的条件下共计检索得到5552条文献，其中论文文献为1632条，专利文献为3116条（其中发明公开专利1199条、发明授权专利246条、实用新型专利1638条、外观设计专利33条），标准、成果、年鉴、科技报告等其他文献804条。

以时间、空间、期刊、专利、机构、作者和研究主题等6个科技文献外部特征作为研究对象，运用文献计量法对收集的文献信息进行计量分析，以期达到：①了解该领域所处阶段及发展趋势；②确定具有研究优势机构，弄清我国在电池火灾研究领域国际竞争中所处的位置，明确重点研究方向；③厘清其文献信息的分布情况；④识别该领域主要参与机构和主要研究人员，以及其研究特色与方向；⑤明晰该领域的研究热点及未来发展方向与趋势。

2 电池火灾领域载文态势分析

2.1  载文年代分布与分析

我国从1959年发表第1篇该领域文献至2022年的63年间，共发文5552条。从表1可以看出，电池火灾领域相关文献发展大致可分为4个阶段：1959—2001年为朦胧孕育期，此间文献仅88条，数量少且发展缓慢。此阶段研究集中在蓄电池的防爆和火灾报警方面，涉猎面较狭窄、方向比较单一，在此期间纯电动车几乎没有；2002—2012年为茁壮成长期，期间文献数量有了极大提升且增长稳定，研究方向已涉及新能源领域，特别是电动自行车的迅猛发展，使得电池火灾事故开始引起关注，研究重点开始转向电池火灾的灭火、灾后处理和电池安全上，我国的电池火灾研究也渐现突破性进展，如2010年的《燃料电池汽车及氢能源的发展现状与安全对策》[6]；2013—2021年为快速发展期，此间文献量从年均39.2条，激增至436.2条，增速达11.1倍，且文献质量显著提高，研究领域明显拓宽、成果相当丰硕，已从探讨和解决单一问题的项目化研究向全面综合解决系统化工程大问题迈进，并不断精进优化，在系统化和智能化等方面取得了突出进展与贡献；根据文献增长规律[7]，2022—2030年为稳健成熟期，预计期间会有10782条文献，其中2022年已是1146条，文献数量增长表现应为平缓，文献量在1000～1600条的高位上，其研究趋势从追求数量转为高质量发展上，研究内容扩展至全领域的方方面面。

2.2  载文资源分布

本领域的文献分布于专利、期刊、学位论文和会议集等众多媒体。与一般的领域不同，该领域文献量排名第一的是专利（3116条，占56.12%）而非期刊（882条，占15.89%）。在专利中，实用新型专利1638条占52.57%，发明专利1445条占46.37%（其中发明公开1199条占38.48%，发明授权246条仅占7.89%，授权率仅17.02%，与我国2021年发明专利55.0%授权率差距甚远），外观设计专利33条占1.06%。这体现了该领域研究技术性和应用性均强的特点；外观设计专利占比低，发明专利与实用新型专利数量相当，证明我国在该领域具有明显创新性和研究正在朝着高质量方向发展。

该领域期刊文献的载文分布于近200种期刊，该领域具有极强专业性，载文量TOP10的期刊文献载文量共311条，仅占期刊载文量的36.94%，可见其载文较分散，且期刊的影响因子相差甚大。此外，从文献层次分布和学科类别分布，也进一步佐证了该领域文献呈高度分散态，且表明该领域是专业性极强且综合性极高的学科，也决定了其研究应是多学科、跨行业的大融合式的联合综合性研发。另外，目前的文献主要集中于新能源交通工具（电动汽车和电动自行车为主）、新能源储能站及其设备的锂电池。

2.3  主要载文机构分布

对机构名称及相关隶属机构署名的相关数据做整理合并，得出该领域载文量TOP15研究机构（有并列）的分布。它反映出国内研究电池火灾的机构较分散，在TOP15中，研究院所拥有7席（其中消防专业机构为5个，占1/3）占比达46.67%，大学有6席占40.00%，公司为2席占13.33%，主力是消防专业机构、高等学校和电力电网与民航机构。从区域看，华东地区和华北地区均为6个是该领域最活跃最强大的力量，西南地区2个，华北地区1个，可见其区域分布十分不均，主要集中于华东和华北的北京、上海、天津等中心超级大城市，而华南地区和西北地区甚少。这迫切需要国家层面和各行业根据电池火灾及电池行业的发展等具体情况，出台一些科学综合均衡地区分布布局的指导性原则或指南，在全国一盘棋下，统筹强化或引导各地区形成各具特色和优势又协调发展的格局，使我国在该领域真正形成“百花齐放、百家争鸣”的新局面，为全面超越和引领世界奠定基础。

2.4  主要载文作者分析

通过统计分析高产作者和作者合作网络关系发现，载文数量TOP10的作者中应急管理部上海消防研究所和天津消防研究所各有4位，中国科学技术大学火灾科学国家重点实验室和安徽军工集团控股有限公司各1位。可见，天津和上海2个消防研究所为国内最强的火灾研究专业独立机构，其载文量排名分居第3和第7位，载文排名第1和第2位的则是中国科学技术大学和国家电网公司。作者合作网络关系表明清华大学欧阳明高和冯旭宁团队有联合研发领先优势，中国民用航空飞行学院贺元骅团队也合作有方，且联合研发排名前3的均属高校，说明我国电池火灾领域的联合研发是高校打在前阵，有引跑之效。

另外，从高产作者的研究内容看，均集中于该领域的某些热点方向，研究方向较雷同，且未见协同联合的痕迹，这值得纠偏和改进，应大力加强多学科、多部门、多行业的“产研企学”多维度全方位大联合协同研究，摒弃自大和垄断的做法，以使资源和资金的利用效益和效率都能最大化，尽早实现我国在此领域有世界级领军人物和团队来引领全球的发展的目标。

2.5  载文基金项目分析

载文基金统计结果显示，载文标有国家层面基金项目的203条，占全部基金项目的80.88%，其中国家自然科学基金83条，占国家级项目的40.89%；而部省地方层面基金项目仅48条，占比仅19.12%。可见，在我国此领域是以国家资助研发为主，遗憾是未能发现有行业内龙头/大型企业的资助项目，但高校资助的确不少。值得一提的是，该领域标有基金项目的比例仅4.60%，相比其他科技类热门领域20%～45%的比例而言是严重偏低，这可能是本领域不标注基金项目的专利文献比期刊文献多得多的缘故。

3 电池火灾领域的研究热点及发展趋势分析

3.1  热点研究分析

从文献的被引频率和下载频率等可知，本领域研究的热点主要集中于：①锂离子电池热失控的成因、机理和防控策略与措施；②锂离子电池火灾的危险性、危害作用、防治策略与措施；③锂离子电池燃爆特征及应对策略措施；④锂离子电池火灾的灭火方法、灭火剂研制、灭火装置设计及成套装备的研发与应用研究等。其中，锂离子电池热失控的成因、机理研究已日趋成熟，锂离子电池火灾的灭火方法、灭火剂研制、灭火装置设计及成套装备的研发与应用研究[8]等也正在迈向日新月异的成功之路。当前电池的续航里程已有了突破性进展——低温超长续航里程[9]，但存在的最大痛点和技术瓶颈问题仍是锂离子电池热失控的主动控制技术——BTMS（电池热管理系统）和被动控制技术——电池新型灭火剂的理论创新与关键技术突破。

3.2  研究领域发展趋势分析

从高频关键词等内容推断本领域发展趋势是：①锂离子电池热失控过程的各方面各环节均应有更全面更细致研究，特别是有空气冷却、液体冷却、PCM（相变材料）冷却和混合冷却BTMS的电池组的综合创新，以寻得电池热管理新方法、新理论和新技术。对不同BTMS在热失控传播过程与机制中的有效性和效率，以及锂离子电池化学物质的热失控气体等的研究也备受关注。②除主动防控外，电池火灾的被动防控也需进一步加强与提升。一是要在政策、法律法规等宣传上强化人们的防范意识，强化安全思维与行为规范。二是要在电池火灾的补救措施上做足文章。既要在灭火技术和方法上不断创新，更要在事前事后的管理上积极提升。要着重研发出既能安全高效灭火，又对环境友好的灭火剂和简便实用的灭火新技术新方法等。还应加强动力电池火灾各个环节的安全管理，制定出一系列周到细致的科学管理标准和实施细则，建立健全动力电池从源头材料至最终产品使用与消亡的全过程全面管理的新机制、新方法和新规章。

4 结语

本文采用文献计量方法对电池火灾领域的相关文献进行分析，通过分析梳理发现：该领域载文目前处于稳健成熟期，载文量呈高位态势，文献质量呈快速攀升趋势，研究方向不断拓展到全方位，研究层次不断深入于全球行业最核心最关键问题，研究合作方式是纵向横向交叉立体大联合的集中攻关解决领域内的重大规模性集成型的大難题——新能源动力储能电站的安全系统管理与优化和电动汽车的EV BTMS等。

当前，安全高效廉价易工业化规模化生产制造的新能源电池技术在中国乃至全球均具有广阔的发展潜力。未来，我国应当在现有的基础上，进一步针对电池火灾领域管理上的顶层设计和技术上的创新突破等进行超前谋划，形成我国“研学产企销”全优势，为实现电池火灾领域全面超越和领跑全球不懈努力。

参考文献：

[1]中研网.我国电动自行车社会保有量3.5亿辆2023电动自行车通行政策收紧[DB/OL].https：//www.chinairn.com/scfx/20230802/122537542.shtml

[2]中國经济网.2022年我国新能源汽车产销连续8年保持全球第一[DB/OL].http：//www.ce.cn/xwzx/gnsz/gdxw/202301/24/t20230124_38360671.shtml

[3]澎湃新闻.2022年全国机动车保有量4.17亿辆，新能源汽车保有量1310万辆[DB/OL].https：//cj.sina.com.cn/articles/view/5044281310/12ca99fde02001xwhu

[4]中国青年网.应急管理部消防救援局公布2021年全国消防接处警与火灾情况去年消防出警量历年最多[DB/OL].https：//baijiahao.baidu.com/s？id=1722476185996523996&wfr=spider&for=pc

[5]北京市应急管理局.丰台区“4·16”较大火灾事故调查报告[R].https：//yjglj.beijing.gov.cn/art/2021/11/22/art_7466_470.html

[6]徐钟平，周敏莉，虞利强，等.燃料电池汽车及氢能源的发展现状与安全对策[J].消防科学与技术，2010，29（11）：1019-1021.

[7]邱均平，刘华华.网络信息计量学的文献计量规律及发展现状研究[J].图书馆论坛，2009，29（6）：58-62.

[8]李首顶，李艳，田杰，等.锂离子电池电力储能系统消防安全现状分析[J].储能科学与技术，2020，9（5）：1505-1516.

[9]李惠，张海军，杨雪峰，等.纯电动车低温续航里程提升方法[J].汽车实用技术，2022，47（21）：12-18.

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