什么是热失控

热失控（Thermal Runaway）是指电池在特定条件下，由于内部化学反应产生的热量超过了电池的散热能力，导致电池温度急剧上升，进而引发一系列不可逆的化学反应，最终可能导致电池起火或爆炸的现象。这一过程通常涉及电池内部的多个组分，包括正极、负极、电解液和隔膜等。热失控是电池安全研究中的一个重要问题，尤其是在高能量密度的锂离子电池中更为显著。

关于锂电池的工作原理详见：

锂电池‘的工作原理

电池的组成详见：

锂电池由哪些构成

热失控的诱因

内部短路

        内部短路，就是电池的正负极直接接触，接触的程度不同，引发的后续反应也差别很大。通常由机械和热量滥用引起的大规模内短路将直接触发热失控。相反，内部自行发展的内短路，程度比较轻微，它产生的热量很少，不会立即触发热失控。内部自行发展常见的包括制造瑕疵，电池老化造成的各种性能的衰退，如内阻增大，长期轻度不当使用造成的锂金属沉积等等，随着时间的积累，这种内因造成内短路的风险会逐渐增加。

• 机械滥用：如碰撞、挤压、穿刺等，导致电池内部隔膜破损，正负极直接接触。
• 电滥用：如过充、过放、外短路等，导致电池内部化学反应加剧，产生大量热量。
• 热滥用：如局部过热，导致电池内部温度超过安全范围。

外部因素

• 环境温度：高温环境会加速电池内部化学反应，增加热失控的风险。
• 外部短路：外部电路的短路会导致电池内部电流剧增，产生大量热量。

热失控的阶段

自生热阶段（50℃-140℃）

自生热阶段，又被叫做热积累阶段，它开始于SEI膜的溶解。SEI膜在温度达到90℃左右的时候，其溶解现象就会被明显的观察到。SEI膜的溶解，使得负极以及负极内包含的嵌锂碳成分直接暴露在电解液里，嵌锂碳与电解液发生放热反应，造成温度升高。温度的上升反过来促进了SEI膜的进一步分解。如果没有外部降温手段的作用，这个过程会滚动向前，直至SEI膜全部分解。

热失控阶段（140℃-850℃）

温度超过140℃以后，正负极材料都加入了电化学反应的行列，反应物质量的增加，使得温度的提升速度更快了。

外部可以观测到的参数变化，是电压的急剧下跌，其过程被描述为：达到这个温度区间后，隔膜开始大量融化，正负极直接连通，造成大规模短路的发生。

至此，热失控已经开始，不会再停下来。

短时间内，剧烈的反应生成大量气体的同时生成大量的热，热量又给气体加热，膨胀的气体冲破电芯壳体，发生物质喷射之类的现象，四散的物质也带走了部分热量。热失控达到了最激烈的状态。最高温度也在这个阶段到达。

如果周围有其他电芯，则在此阶段，通过把热量向周围传播，热失控可能向其他电芯蔓延。

热量可能通过连接的导电件传导，也可能因为体积膨胀，原来保有间距的电芯，在此时已经彼此贴紧，电芯壳体之间直接传导热量。

当温度超过140℃时，隔膜开始大量融化，正负极直接连通，引发大规模内短路。此时，电池内部温度急剧上升，电解液燃烧，产生大量气体和热量，可能导致电池起火或爆炸。

热失控终止阶段（850℃-常温）

热失控一旦发生，其终止只能是反应物全部燃尽。消防部门的一份报告显示，对于锂电池这种封闭壳体内包含高能量的装置，消防手段暂时无法终止正在进行的热失控。灭火剂，无法真正触及正在进行的反应物质。消防员在火场风险很高，但能够采取的措施比较有限，一般就是隔离事故现场。

只有待反应物耗尽，热失控过程才能自然终止。

热失控的机理

SEI膜分解

SEI膜在温度达到90℃左右时开始分解，负极和电解液发生放热反应，导致温度升高。

隔膜融化

当温度超过140℃时，隔膜开始大量融化，正负极直接连通，引发大规模内短路。

电解液燃烧

电解液在高温下分解，产生大量气体和热量，导致电池内部压力增加，可能引发电池破裂或爆炸。

预防措施

设计优化

• 材料选择：选择高热稳定性的正极、负极材料和电解液，使用耐高温的隔膜。
• 结构设计：优化电池结构，提高散热性能，减少内部短路的风险。

系统管理

• 电池管理系统（BMS）：实时监测电池的温度、电压、电流等参数，及时发现异常并采取措施。
• 热管理：采用有效的热管理系统，如液冷、风冷等，保持电池在安全温度范围内。

运行维护 

• 定期检查：定期对电池进行检查和维护，及时发现和处理潜在问题。
• 操作规程：制定严格的运行规程，确保操作人员按照规范操作。