2025年车用锂离子动力电池热失控诱发与扩展机理、建模与防控.pdfVIP

士不可以不弘毅，任重而道远。仁以为己任，不亦重乎?死而后已，不亦远乎?——《论语》

车用锂离子动力电池热失控诱发与扩展机理、建模与防

控

车用锂离子动力电池热失控诱发与扩展机理、建模与防控

引言

车用锂离子动力电池作为新能源汽车的核心部件，具有高能量

密度、长寿命和环境友好等优势。然而，在长时间使用或异常

情况下，锂离子动力电池可能会出现热失控的情况，导致严重

的安全问题。不了解热失控的诱发与扩展机理，不能有效地进

行建模与防控，这将对新能源汽车的发展带来重大障碍。

一、热失控的诱发机理

1.过充电与过放电

过充电和过放电是引发锂离子动力电池热失控的主要原因之一。

过充电会引起电池内部发生副反应，产生大量热量，导致电池

温度升高；过放电会导致锂离子析出金属锂，形成锂枝和锂塑

料，造成电池内短路并升温。

2.电池内部短路

电池内部短路是热失控的另一个主要诱发因素。当电池内部发

生结构破坏、电解液泄露或隔膜被破坏时，正负极之间会发生

短路，导致电池温度升高，并且可能引发火灾。

3.外部因素的影响

外部因素，如高温环境、机械撞击、震动和电池老化等，也会

引发锂离子动力电池的热失控。高温环境会增加电池内部自发

热的速率，机械撞击和震动会导致电池内部物质的移位和损伤，

电池老化会导致电池内部结构和材料的退化。

二、热失控的扩展机理

一旦锂离子动力电池发生热失控，温度升高快速释放的大量热

天将降大任于斯人也，必先苦其心志，劳其筋骨，饿其体肤，空乏其身，行拂乱其所为。——《孟子》

量将会导致热失控的扩展。在扩展过程中，主要有以下机理：

1.热反应的链式反应

锂离子动力电池的热失控是一个自加速的过程。在高温下，电

池内部发生的自燃和爆炸反应产生更多的热量，进一步加剧电

池的热失控，形成链式反应。

2.气体生成与扩散

电池内部的热失控过程中，会产生大量的气体，如氢气和氧气

等。这些气体的生成和扩散会加速电池的扩展过程，导致火灾

和爆炸的发生。

3.热通道和热传导

热通道和热传导是热失控扩展的重要机理之一。电池内部结构

的设计、材料的选择以及电池组的组装方式会影响热通道的形

成与热传导的速率，进而影响热失控的扩展速度和范围。

三、建模与防控策略

建立准确的锂离子动力电池热失控模型是进行防控的基础。通

过考虑电池内部化学和热学过程的相互作用，可以建立基于物

理原理的热失控模型。热失控模型的输入参数可以通过实验测

量或计算获得，模型的输出可以用于分析热失控的发展机理和

预测热失控的扩展路径。

在防控方面，可以从以下几个方面进行策略的制定和实施：

1.电池内部设计

电池内部的设计包括隔膜的选择、电解液的配方、正负极材料

的选择和电池内部结构的优化等。通过合理设计电池内部的结

构和材料，可以提高电池的耐热性和安全性，降低发生热失控

的概率。

2.温度管理

温度管理是防控热失控的重要手段之一。通过设计冷却系统、

学而不知道，与不学同；知而不能行，与不知同。——黄睎

制定温度控制策略和监测温度变化等方式，可以有效地控制电

池的温度，降低热失控的发生。

3.早期预警系统

早期预警系统可以通过监测电池的电流、电压、温度和内阻等