锂离子电池（LIBs）作为现代电子设备和电动交通工具的核心动力源，广泛应用于智能手机、电动汽车（EV）以及个人轻型电动车（PLEV）如电动滑板车和电动自行车。尽管其具备高能量密度、长循环寿命和快速充电等优势，但热失控（TR） 仍是锂电池最严重的安全隐患。当电池温度超过临界阈值（通常为150-180℃），将引发不可控的自加热循环，释放大量热量和有毒气体，导致火灾甚至爆炸。

随着PLEV电池火灾事故频发，深入理解热失控机制并采取预防措施变得尤为迫切。本文将从机理到解决方案展开系统分析。

图：热失控过程示意图

热失控是锂电池内部产热速率超过散热能力时发生的链式化学反应，具有自持续加速特性，直至电池内可燃物完全消耗。其核心表现包括：

1. 不可控温升

• 触发阈值：

• 150-180℃时电解液与电极材料发生放热反应

• 温升速度：

• 反应释放热量使温度飙升至1000℃以上

• 传播风险：

• 高温可能引发相邻电池单元发生热蔓延（Thermal Propagation）

2. 气体喷发与壳体破裂

图：热失控导致的气体喷发过程

• 气体成分：

• 电解液分解产生氢气、一氧化碳等易燃有毒气体

• 压力积聚：

• 密封壳体内部压力骤增导致爆裂

• 二次灾害：

• 喷发气体遇火花可能引发爆炸

3. 火灾与毒气释放

• 燃烧特性：

• 火焰温度超1000℃，阴极材料分解释放助燃氧气

• 灭火难点：

• 传统窒息法灭火失效，需持续降温控制

• 有毒排放：

• 释放氢氟酸（HF）等腐蚀性气体，危害呼吸道

4. 热蔓延机制

图：电池模组内热蔓延路径

1. 机械滥用

• 碰撞与穿刺

  外力导致隔膜破损引发内部短路（如电动车摔落事故）

• 振动疲劳

  持续震动造成电极微裂纹，增加局部过热风险

• 工程防护建议

  在电池模组结构设计中，采用高强度的SMT铜条连接可提升机械稳定性，减少振动引发的微损伤

2. 电气滥用

图：过充/过放引发内部结构劣化

• 过充电

  （>4.2V/单元）：阳极析锂形成枝晶穿透隔膜

• 过放电

  （<2.5V/单元）：铜集流体溶解导致内部短路

• BMS失效

  电池管理系统故障无法阻断异常状态

3. 热滥用

• 环境高温

  电池暴露于60℃以上环境（如烈日下车辆内部）

• 散热不足

  模组内电池堆叠过密，热量积聚

• 热管理缺陷

  缺乏有效散热路径设计

4. 制造缺陷

• 金属杂质

  生产过程中残留的微米级金属颗粒穿透隔膜

• 隔膜缺陷

  不均匀涂层导致局部绝缘失效

• 劣质电芯

  山寨电池缺少安全阀（CID）和正温度系数（PTC）保护

1. 热管理设计改进

• 隔热屏障

  陶瓷涂层/气凝胶材料延缓热蔓延

• 冷却系统

• 电动车：液冷循环管路
• PLEV：强化散热片+风冷设计

• 结构优化

  在模组层面，合理布局高导热SMT铜条可建立高效横向散热路径，配合相变材料提升热均衡性

2. 智能电池管理系统（BMS）

• 三重监控

  实时检测电压/电流/温度

• 主动保护

• 过充/过放自动切断
• 动态均衡单元电压

• 预警机制

  无线传输异常报警信号

3. 本质安全材料

4. 用户端防护措施

• 充电规范

• 使用原装充电器
• 避免过夜充电
• 维持20%-80%电量区间

• 存放要求

  阴凉通风环境，远离易燃物

• 异常识别

  发现电池鼓包/异味立即停用

5. 前沿监测技术

• 气体传感器

  检测氢气/一氧化碳早期泄漏

• 多级预警系统

  结合温度+气体+电压突变判断

• 法规标准

  强制执行UL 2271、IEC 62619等安全认证

• 制造商责任

• 建立电芯溯源体系
• 杜绝劣质电池流通

• 技术创新

  推广激光焊接端子工艺确保电气连接可靠性，减少接触电阻引发的局部过热

数据来源：英国个人轻型电动车（PLEV）电池安全研究报告

随着电动交通和储能产业的快速发展，锂电池热失控防护需要材料研发、工程设计和用户教育的多维协同。通过优化热管理设计（如SMT铜条导热方案）、普及智能BMS系统、推广LFP等安全化学体系，我们有能力构建更可靠的能源存储生态系统。固态电池等新一代技术将最终引领行业进入“零热失控”时代。