锂电池热失控机理及安全防护策略

1、热失控的定义与危害：

  热失控（Thermal Runaway, TR）：电池内部产热速率远高于散热速率，导致温度急剧上升（>500°C）的不可控自加速反应；危害：起火、爆炸、有毒气体释放（如HF、CO），威胁电动汽车、储能系统及消费电子安全。

2、热失控的触发机理：

  初期触发（100–120°C）：负极SEI膜分解，电解液与裸露锂反应放热；隔膜熔化（PE/PP材料，熔点~130°C）导致内短路；剧烈反应（150–300°C）：正极材料分解（如NCM释放氧气，LFP相对稳定）；电解液燃烧（酯类溶剂易燃）；热失控爆发（>300°C）：铝集流体熔化，电池壳体破裂，喷出可燃气体。机械滥用：穿刺、挤压导致内短路；电滥用：过充、过放、快充（锂枝晶生长）；热滥用：高温环境或局部过热。

3、安全防护策略：

  正极材料：采用热稳定性更高的LFP或高镍正极表面包覆（Al₂O₃）；负极材料：硅基负极替代石墨，减少锂枝晶风险；电解液：添加阻燃剂（如磷酸酯）或使用固态电解质；隔膜：陶瓷涂层隔膜（提高耐热性至300°C以上）。  

  热管理系统（TMS）：液冷/相变材料（PCM）强化散热；压力释放阀：及时泄压防止爆炸；内短路自阻断设计：如PTC材料、电流中断装置（CID）；BMS智能监控：实时检测电压、温度、内阻异常；多传感器融合：气体传感器（检测CO/H₂）、烟雾报警；灭火抑制：气溶胶灭火剂、电池包防火隔离设计。

4、未来研究方向：

  全固态电池：彻底消除液态电解液燃爆风险；AI预测模型：基于大数据的热失控早期预警；标准化测试：完善UL9540A、GB/T 36276等热失控实验规范。

  热失控是锂电池安全领域的核心挑战，需通过“材料-设计-系统”协同创新实现本质安全。未来需结合多学科技术，推动从被动防护到主动抑制的跨越。