隨著新能源汽車、電化學儲能的大力發展，鋰電池的裝機量在與日俱增。但新能源汽車和儲能電站的事故頻發，使得鋰電池的安全問題備受關注。其中，最危險的因素就是熱失控，下面我們重點討論下鋰電池的熱失控問題。

熱失控的原因

1. 機械濫用，如：擠壓、碰撞、針刺等，在外力的作用下導致鋰電池（電芯）發生形變，隔膜被破壞，正負極之間短路而誘發熱失控。

2. 熱濫用，鋰電池高溫環境下長時間工作，整個過程中的主要熱源有：外界高溫環境，使用過程中產生的極化熱、反應熱、分解熱等。

3. 電濫用，鋰電池過充電導致活性物質結構遭到破壞，電解液分解產氣，導致電池內部壓強增大。除此之外，還包括過放電、大倍率（超過規格）充電等。

圖片來源：胡廣，車用鋰離子電池熱失控研究綜述

熱失控機理

第一階段，125℃，熱失控開始階段。SEI膜反應分解，SEI的分解使負極暴露在電解液中，促使電解液與負極中的鋰反應并生成氣體。

圖片來源：黃沛豐，鋰離子電池火災危險性及熱失控臨街條件研究

第二階段，125~180℃，電池內部氣體釋放和升溫加速。該階段產氣速率加快，正極材料分解，如：LiCoO2分解產生O2。鋰鹽也會分解，如LiPF6分解生成LiF和路易斯酸PF5。而路易斯酸會在高溫下與電解液反應產生大量的氣體。

第三階段，180℃以上，熱失控發生。該階段正/負電極材料與電解液之間的放熱反應和電解液分解反應速率急劇增大，電池內部溫度也相應的急劇升高，泄壓閥打開或引發自燃。

也有研究者將熱失控細分為如下范圍：

圖片來源：楊坤，鋰離子電池熱失控機理分析與解決策略

圖片來源：胡廣，車用鋰離子電池熱失控研究綜述

熱失控的預防措施

1. 設置安全閥，但安全閥壓力值范圍需要嚴格把控。

2. 安裝熱敏電阻，防止電池過充或短路。

3. BMS精確的熱管理，電池使用過程中利用水冷、風冷等對電池降溫。

4. 電解液中添加劑的使用，降低電解液的可燃性。

5. 提高SEI成膜質量，如：在電解液中添加LiCF3SO3等，使SEI中的無機成分更多。

6. 阻止正極材料與電解液的反應，如：電解液中添加劑的使用或正極材料的包覆。

7. 提高隔膜的熔點，如：在隔膜兩側涂陶瓷層。

8. 規范使用鋰電池，減小或杜絕過充、過放電等人為因素。

不同環境溫度下的熱失控機理

低溫下，風險因素主要來自負極側的析鋰及鋰枝晶的生成。

常溫下，風險因素主要來自極化（歐姆極化、電化學極化等）產熱，或大倍率充/放電下的產熱。

高溫下，風險因素主要來自材料的失效，包括：SEI的分解，隔膜的收縮等。

附：參考文獻

[1] 楊坤，鋰離子電池熱失控機理分析與解決策略

[2] 胡廣，車用鋰離子電池熱失控研究綜述

[3] 黃沛豐，鋰離子電池火災危險性及熱失控臨街條件研究

[4] 胡斯航，鋰離子電池熱失控風險綜述

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