电池热失控（TR，Thermal Runaway）一旦触发，在适当条件下会迅速演化为起火、爆炸，甚至导致整车烧毁。那么，电池究竟是如何从一个轻微的内部缺陷或外部滥用损伤，逐步演化成失控的高温链式反应？本篇文章将从触发诱因、内部化学反应过程、外部热失控演化阶段三个部分，结合温度节点、主控反应机制，整理总结锂离子电池热失控的过程。

锂电池为何会热失控？详解三大诱因

锂电池发生热失控，通常源于三种常见的滥用情况：机械滥用、电滥用与热滥用。它们通过不同途径破坏电池稳定性，最终可能引发连锁反应。

  • 机械滥用：指电池受外力损伤，如碰撞、挤压或穿刺；

  • 电滥用：包括过充、过放、内外短路等不当用电行为；

  • 热滥用：电池处于高温环境或局部过热，引发材料分解。

一、机械滥用：碰撞、挤压与穿刺

机械滥用中最典型的场景是碰撞挤压和穿刺损伤。

当电池受外力强烈挤压或碰撞时，内部的隔膜可能被撕裂，造成正负极直接接触，形成内短路。局部电流骤增将迅速产生大量热量，若热量无法及时散发，便会触发链式反应，最终导致热失控。

图1.碰撞与挤压示意图

穿刺（Penetration）：

尖锐物体刺穿电池时，会直接破坏隔膜并引发内短路。穿刺过程中，电池内部的电解液可能泄漏，进一步加剧热失控风险。

图2.电池穿刺过程
机械滥用引发的热失控通常伴随剧烈的物理变形和电解液泄漏，且内短路可能瞬间释放大量能量。

1.2 电滥用

 

电滥用主要包括四种情形：内短路、外短路、过充和过放。其中，过充与内部短路是引发热失控最常见也最危险的两类。

过充（Overcharge）

当过充发生时，充电电压超出安全上限，大量锂离子持续从正极脱出，导致其晶体结构（如NCM或LCO）失稳、坍塌，并释放出氧气。氧气会与电解液发生剧烈氧化反应，产生大量热量。

与此同时，负极石墨逐渐达到嵌锂饱和。若继续过充，锂离子无法嵌入，便会在负极表面析出金属锂，形成尖锐的锂枝晶。枝晶极易刺穿隔膜，引发严重内短路。研究表明，在整个过充发热过程中，电解液的氧化反应以及锂枝晶与电解液的反应，是热量产生的主要来源。

图3.过充电导致的热失控

过放（Overdischarge）

当电池被过度放电，电压降至过低水平时，负极的铜集流体会开始溶解。这些溶解的铜离子会穿过电解液，在正极侧重新析出，形成铜枝晶。尖锐的枝晶可能刺穿隔膜，引发内部短路。

同时，过放也会破坏负极表面的SEI保护膜，使电解液直接与碳材料发生反应，持续放出热量。研究表明，当电池电量被反充至-12%以下后，铜沉积导致的内短路会加剧，进一步增加热失控风险。

图4.过放电导致的热失控

内部短路(Internal short circuit)：

内部短路通常是由于在各种原因下，隔膜受损，导致电池的正负极直接接触所引发的。内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。

图5.过放电导致的内短路（上）、析锂导致的内短路（下）

外部短路（External short circuit）：

正负极直接通过外部导体连接时，大电流通过电池，产生焦耳热，导致温度迅速升高，引发热失控。

1.3 热滥用

机械滥用和电气滥用均可能导致电池内部短路，进而产生热量。如果这些热量未能及时有效地散出，温度将持续升高，最终可能引发电池的灾难性失效。不同类型电池在经历这些过程时的具体阶段和温度略有差异，但整体演化路径通常遵循下图所示的热失控发展阶段。

图6.热滥用导致的热失控发展阶段

可以发现，这三种滥用形式并非彼此独立，而是存在链式关系。机械滥用通常是链条的起点，机械滥用先会导致电滥用，进而电滥用又会导致热滥用，最终触发热失控。机械滥用导致电滥用的原因是，外部受力使锂电池内部隔膜破裂，促使正极与负极相连，从而引发内部短路，即电滥用的一种情况。电滥用导致热滥用的原因是一旦锂电池内部出现短路，大量热量会被释放，更高温条件下的化学反应会被触发，这些反应又进一步地释放热量，这就相当于外部热源不断对电池加热，即热滥用。当热量在电池内部不断积聚并达到临界值时，最终将引发热失控。
图7.锂离子电池在不同滥用源下热失控机制的示意图
当电池温度超过约70 °C时，SEI（固态电解质界面）膜开始分解，使电解液得以接触新鲜的石墨表面。SEI膜的重建过程通常伴随放热，从而进一步升高温度。若温度继续升高并超过约130 °C，由聚乙烯或聚丙烯制成的聚合物隔膜将开始熔化，导致阳极与阴极直接接触，造成内部短路。若发生短路，将释放大量热量，其严重程度与电池的SOC状态密切相关。当温度进一步超过约200 °C时，电解液和阴极材料会发生热分解，释放出氧气（具有高度可燃性）以及氢氟酸等有害物质，其中氢氟酸是一种剧毒化合物，进一步加剧安全风险。

图8.热失控过程连锁反应

热失控的链式反应：从内部看锂电池如何失控

热失控并非单一事件，而是由一系列放热反应串联而成的自加速过程。随着温度逐步攀升，不同反应在特定温度点被依次触发，相互促进，最终导致电池失控。

1. SEI膜分解（起始点）
SEI膜是保护负极的关键层，但在80～130℃时会分解失效。该过程本身放热，同时使负极失去保护，为后续反应埋下隐患。

2. 电解液溶质分解
常用锂盐LiPF6在60～70℃即开始分解，虽放热不多，但其产物PF5具有强催化性，会加剧后续反应的进行。

3. 负极与电解液反应
SEI膜破裂后，电解液直接接触负极，发生剧烈反应，产生大量可燃气体，推动温度进一步上升。

4. 隔膜熔化与内短路形成
温度持续升高使隔膜熔化收缩，正负极直接接触造成内短路，电池进入不可控的放热阶段。

5. 正极分解与氧气释放
在170℃以上，NCM/NCA等层状正极材料结构坍塌并释放氧气。氧气与电解液反应形成“内部燃烧”，成为热失控中最剧烈的放热环节。相比之下，磷酸铁锂（LFP）正极结构更稳定、不释氧，因此热失控风险相对较低。

6. 粘结剂分解加剧失控
当温度超过230℃，电极粘结剂（如PVDF）也会分解放热，进一步推高温升，使失控过程更加剧烈。
热失控的本质是一场由温度触发的“反应接力”。从SEI膜失效开始，到电解液反应、内短路、正极释氧，每一步都推动电池走向全面失控。理解这一链式过程，是构建电池安全策略的基础。

3. 热失控阶段的划分

目前有研究针对热失控过程，总结出三个特征温度：自产热起始温度（T1）、热失控触发温度（T2）和热失控最高温度（T3）。

图9.热失控过程的特征温度

1. 自产热起始温度（T1）

温升速率达到0.02℃/min的点，定义为电池自产热起始温度T1，在T1到T2的这一阶段，电池开始出现异常发热，但尚未达到热失控的临界点。通常，这一阶段的温度范围为50℃～140℃。在此阶段，SEI膜（固体电解质界面）开始分解，金属离子溶解，电池开始异常发热。这一阶段的特征是电池内部的化学反应逐渐加剧，但尚未引发大规模的热失控反应

2. 热失控触发温度（T2）

温升速率达到1℃/s的点，定义为热失控触发温度，温度达到T2后，电池进入热失控阶段。此时，隔膜开始大规模溶解，正负极之间的隔离被打破，导致电池内部的化学反应迅速加剧。T2到T3阶段的温度范围通常为140℃～850℃。在此阶段，电池的产热速率显著上升，散热速率无法跟上产热速率，导致温度持续升高。这一阶段的特征是电池内部的化学反应和物理变化变得剧烈，隔膜破裂，锂与电解液反应，化学串扰和隔膜烧毁。温度一旦突破T2，电池内部的正负极将直接接触，热失控反应无法终止。

3. 热失控最高温度（T3）

T3是指热失控过程达到的最高温度。当温度达到T3后，电池进入热失控终止阶段，电池的结构已经严重破坏，电池的化学反应和物理变化趋于稳定，直到电池完全释放能量。T3可以用于评估是否会进一步发生模组级热蔓延。

总结

随着《GB 38031-2025》的正式实施，电动汽车动力电池的热安全要求迎来了进一步升级。新标准明确将动力电池“不起火、不爆炸”改为了强制性要求：为单体和电池包安全测试设定了7项单体和17项电池包检测要求，新增热扩散测试要求，需提前5分钟报警且不起火、不爆炸。这一系列更新，表明“热失控不是偶发事件，而是必须被系统管理的核心风险”。

 

从热失控的触发机制出发，理解机械、电、热三类滥用如何耦合演变，理解电池热失控过程中的电、热、力、气信号如何变化，正是我们推动热安全设计升级的基础。