电池热失控链式反应是锂离子电池在特定条件下，内部发生的一系列不可逆的剧烈放热反应，蕞终导致电池燃烧甚至爆炸。其核心过程可分解为触发、自放热、热失控蔓延三个阶段，具体反应机制及关键节点如下：
一、触发阶段（链式反应起点）
1. 诱因类型
机械滥用：碰撞、挤压、针刺导致隔膜破裂，正负极直接接触引发内部短路。
电滥用：过充（电压>4.35V）导致锂枝晶刺穿隔膜；过放导致铜枝晶生成；外部短路引发大电流焦耳热。
热滥用：环境高温（>80℃）或相邻热失控电池传导热量，使电池温度突破安全阈值。
2. 初始反应
SEI膜分解（90~120℃）：固态电解质界面膜（SEI）中的不稳定成分（如CH₂OCO₂Li）分解，释放CO₂、C₂H₄等气体，并暴露嵌锂碳负极。
负极与电解液反应：嵌锂碳与电解液溶剂（如EC、DEC）剧烈反应，生成Li₂CO₃等产物并放热，推动温度进一步升高。
二、自放热阶段（链式反应加速）
1. 隔膜熔融与内短路
隔膜失效（130~180℃）：聚乙烯（PE）或聚丙烯（PP）隔膜熔融，正负极直接接触形成大面积内短路，电流剧增引发局部过热。
内阻产热：短路电流通过电池内阻（欧姆热）及电极材料与电解液反应（化学反应热）释放大量热量（产热速率可达10~100℃/s）。
2. 电解液分解与气体释放
LiPF₆分解（200℃以上）：电解液溶质LiPF₆分解生成PF₅，催化有机溶剂（如DEC）分解，释放CO₂、C₂H₅F等可燃气体。
正极材料分解（180~300℃）：
钴酸锂（LiCoO₂）：释放O₂，与电解液反应生成CO、CO₂，并加剧热失控。
三元材料（NCM/NCA）：释放O₂并发生相变，结构崩塌释放更多热量。
3. 正极-电解液剧烈反应
氧气催化燃烧：正极释放的O₂与电解液溶剂（如EC、DEC）剧烈反应，生成大量热及CO₂、C₂H₄等气体，推动温度突破800℃。
粘结剂分解（230℃以上）：PVDF粘结剂脱氟化氢，进一步释放热量并产生HF等有毒气体。
三、热失控蔓延阶段（多米诺效应）
1. 电池单体热失控
压力骤增：内部气体（H₂、CO、CO₂等）膨胀，压力达1.5~2.0MPa时定向泄压阀开启，喷出高温可燃气体与颗粒物。
明火与爆炸：喷出物与空气混合形成可燃云团，遇明火或高温表面即发生燃烧甚至爆炸。
2. 模组/系统级热失控
热传导与热辐射：高温电芯通过金属连接件或壳体导热，或以辐射形式加热相邻电芯，传播时间可短至3~10秒。
气体蔓延：可燃气体在模组内扩散，引发连锁燃烧，导致整个电池包或储能系统失控。
四、链式反应的核心特征
1. 温度与压力的指数级上升
温度从90℃（SEI分解）至800℃（剧烈燃烧）仅需数分钟，压力在泄压阀开启前可达2MPa以上。
2. 多组分协同反应
正极释氧、负极与电解液反应、电解液分解、粘结剂分解等反应相互催化，形成“热量-气体-热量”的正反馈循环。
3. 不可逆性
一旦隔膜熔融，热失控即无法通过常规手段终止，需依赖外部灭火或反应物耗尽。
五、典型案例数据
· 三元锂电池：过充条件下热失控触发时间仅需2~5分钟（SOC>130%），模组内电芯间传播时间3~10秒。
· 磷酸铁锂电池：热失控蕞高温度约600~700℃，但正极释氧量较少，热失控剧烈程度低于三元电池。
· 实验数据：电池荷电状态（SOC）超过80%时，热失控起始温度平均下降18℃，产气速率提升40%。
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