锂离子电池热失控机理解析

机械滥用可以进一步分为碰撞挤压和穿刺两种情况。

（1）碰撞或挤压

在碰撞和挤压情况下，电池往往会受到外界的力量作用，导致电池隔膜受损，这可能引发内部短路，并释放大量的热量。这种热失控的机理在于外界碰撞或挤压造成电池内部的短路，热量的释放加剧了问题的恶化。以下图为例，电池隔膜在挤压后的变化，挤压后隔膜产生透明区域，变得脆弱，在几个充放电循环后，隔膜破裂，发生内部短路，进而引发热失控。

（2）针刺

当电池收到穿刺时，往往会触发一种类似“糖葫芦”型的微短路电池结构。在这种情况下，针刺将直接影响电池的内部结构，释放热量，并且针刺会产生接触电阻，引发欧姆热。随着热量的积累，隔膜收缩，导致大规模的内部短路，最终触发热失控，下图为电池受到针刺后内部短路现象的示意图。

电滥用

电滥用分为内部短路、外部短路、过度充电和过度放电四种模式，在这里主要介绍内部短路和过度充电这两种具有代表性的情况。

（1）内部短路

内部短路的产生常常会伴随着温度的迅速升高，内部短路通常是由于隔膜受损，导致电池的正负极直接接触所引发的。短路会释放大量的热量。这一过程还可能引发附近隔膜的断裂，引发热失控在电池内部的传递，最终电池结构发生变化，隔膜继续收缩，进一步导致大规模的内部短路，最终触发热失控。下图为高速x射线摄像机拍摄的电池内部短路后热失控传播的现象：

（2）过度充电

如下图所示，锂电池在充电过程中，锂离子会从阳极像阴极移动，而过度充电会导致阳极过度析锂，从而使阳极结构崩溃，内阻增加，并释放热量和氧气。氧气与电解液反应，释放CO、CO₂以及烃类气体，同时电解液也会分解，导致产热加剧，最终触发热失控。

热滥用

热滥用的是一个逐渐升温的过程，根据任东升等人的总结，热滥用条件下电池的热失控可以分为以下四个阶段：

（1）自产热阶段，阳极反应发生，电池开始升温；

（2）隔膜开始收缩引发内部短路，但电池内阻很高几乎不产生焦耳热；

（3）阳极反应加剧，释放更多的热量和气体；

（4）阴极反应开始，热失控触发。