锂离子电池热失控机理

　　锂离子电池热失控(Thermal Runaway, TR)是指电池内部因某种诱因产生热量，当产热速率大于散热速率时，电池温度急剧升高，进而引发一系列不可控的放热副反应，z终导致起火、爆炸等严重安全事故的现象。

　　1. 触发诱因(滥用条件)

　　热失控通常由以下三类滥用条件触发，导致电池内部产生初始热量或内部短路：

　　机械滥用：如碰撞、挤压、针刺等，导致隔膜破损，正负极直接接触发生内部短路。

　　电滥用：

　　过充：导致锂枝晶生长刺穿隔膜，或正极材料结构崩塌释氧。

　　过放：导致铜集流体溶解，再次充电时析出造成短路。

　　外部短路：大电流放电产生焦耳热。

　　热滥用：电池处于高温环境或冷却系统失效，导致热量积聚，触发材料分解。

　　2. 热失控的链式反应过程(阶段性演化)

　　热失控是一个典型的“电化学 - 热化学 - 传热”耦合的链式反应过程，通常分为以下几个关键阶段，每个阶段对应特定的温度节点和主控反应：

　　第一阶段：初始触发与SEI膜分解(约 80°C - 120°C)

　　现象：当电池温度升高至80-120°C时，负极表面的固态电解质界面膜(SEI膜)开始发生放热分解。

　　后果：SEI膜是保护负极的关键层，其破坏使得负极活性材料(嵌锂石墨)直接暴露于电解液中。

　　反应：负极与电解液发生剧烈的放热反应，进一步推高电池温度。

　　第二阶段：隔膜熔化与内部短路(约 130°C - 180°C)

　　现象：随着温度继续上升，达到隔膜(通常为聚乙烯PE或聚丙烯PP材质)的熔点。

　　后果：隔膜收缩、熔化甚至破裂，导致正负极大面积直接接触，发生内部微短路或宏短路。

　　反应：短路产生巨大的焦耳热，使电池温度瞬间飙升，同时电解液开始大量气化。

　　第三阶段：正极分解与释氧(约 180°C - 250°C+)

　　现象：高温触发正极材料(如三元材料NCM、LCO等)发生相变和分解。

　　后果：正极材料分解释放出氧气(O₂)。这是热失控中z危险的环节之一。

　　反应：释放的氧气与易燃的电解液、负极材料发生剧烈的氧化燃烧反应，产生大量热量和可燃气体(如H₂, CO, 烃类)。此时反应由“自加热”转变为剧烈的“燃烧”。

　　第四阶段：电解液燃烧与热扩散(> 250°C)

　　现象：电池内部压力急剧升高，安全阀打开或壳体破裂，喷出高温可燃气体和火焰。

　　后果：喷出的物质遇空气即燃，形成喷射火。如果是在电池包中，高温会传递给相邻电池，引发热扩散(Thermal Propagation)，导致整个电池组连锁热失控。

      来源：网络