锂离子电池热失控的孕育机理和成灾机制研究

点火灾科学国家重点实验室孙金华教授以通讯作者身份发表在《Progress in Energy and Combustion Science》期刊上，题目为“A review of lithium ion battery failure mechanisms and fire prevention strategies”的评论文章，王青松特任教授和毛斌斌博士生为该论文的共同第一作者，马里兰大学Stanislav Stoliarov副教授为合作者。该论文结合孙金华和王青松团队十多年来在锂离子电池安全方向的研究成果和国际研究动态，总结、归纳了锂离子电池安全研究的最新进展，分析提出了锂离子电池热失控的孕育机理和成灾机制，并对其安全研究方向进行了展望。

锂离子电池由于其能量密度高、循环性能优良以及无记忆效应，成为便携式电子产品的主导电源，并在电动汽车以及储能电站等领域得到了广泛的应用。但由于其能量密度高以及易燃易爆的组成成分，在热、电或机械滥用条件下，极易发生热失控燃烧（图1），近年来由于锂离子电池热失控引发的火灾事故屡见报导。

图1 锂离子电池火灾事故主要原因分析 该论文首先基于锂离子电池的结构特性和组成材料，分析了锂离子电池在不同温度下主要化学反应的动力学和热力学特性，理清了热失控过程的主控反应，详细讨论了锂离子电池在典型滥用情形下热失控的孕育机制（图2）；

图2 锂离子电池热失控致灾历程 其次介绍了单体电池和电池模组的火灾行为，以及电池产热、产气和热失控扩展的行为特征，分析揭示了电池荷电状态、电极材料和电解液等对电池火灾行为的影响规律；

图3 不同荷电状态下的电池内部化学反应过程 第三，进而对锂离子电池火灾防控技术研究现状进行了综述，分析了提升锂离子电池本质安全性技术方法的优缺点，并对电池火灾灭火技术进行了归纳、总结和评述；最后，论文对电池安全性的未来研究方向进行了展望。

图4不同荷电状态下的电池内部气体产生

在过去十多年里，孙金华和王青松团队致力于研究锂离子电池失控机理及其火灾防控方法，在锂离子电池热失控机理及火灾动力学、电池活性材料热稳定性及产热、安全电解液、电池故障诊断、燃烧特性、电池热失控传播规律以及锂离子电池消防技术等领域均取得了众多具有影响力的科研成果。目前该团队在锂离子电池安全方面共发表SCI论文79篇，论文他引3000余次；申请和授权发明专利27项，软件著作权1项和专著1部，获中国消防协会科技创新一等奖1项。
审核编辑：郭婷