锂电池使用过程中起火的原因有哪些

锂电池在使用过程中起火的主要原因可归纳为以下几个方面，结合材料缺陷、设计制造问题、使用环境及老化等因素综合分析如下：

一、电滥用引发的热失控

过充电

当充电电压超过上限（通常4.2V）时，正极材料（如钴酸锂）会发生不可逆分解，释放氧气并与电解液剧烈反应。同时，过量的锂离子在负极表面形成金属锂枝晶，刺穿隔膜引发短路。例如，若充电保护电路失效，电池内部温度可能在短时间内超过200℃，触发电解液燃烧。

过放电

电压低于2V时，负极铜集流体会发生溶解，导致电极结构破坏和电解质分解。此时若重新充电，沉积的铜可能形成导电枝晶，引发微短路。

外部短路

外部导体直接连接正负极时，电流可达数百安培，瞬间产生大量焦耳热（Q=I²Rt）。例如，金属钥匙导致电池两极短接时，局部温度可在30秒内升至300℃以上，引燃电解液。

二、热滥用与温度失控

高温环境

温度超过100℃时，固态电解质界面（SEI）膜分解失效，暴露的负极石墨与电解液（如碳酸酯类）发生放热反应（ΔH≈1500 J/g）。同时，正极材料（如NCM三元材料）在150℃以上开始分解释放氧气，进一步加速燃烧。

低温充电

0℃以下充电会导致锂离子在负极表面形成金属镀层而非嵌入石墨层。这种"析锂"现象不仅降低容量，形成的锂枝晶还会穿透隔膜引发内部短路。

三、机械损伤与结构缺陷

内部短路

制造过程中混入的金属颗粒（如直径>10μm的铜屑）可能在循环过程中刺穿隔膜

卷芯设计缺陷导致极片边缘毛刺，在充放电膨胀压力下划伤隔膜

实验数据显示，1mm²的短路点即可产生约50W的持续热功率，足以引发热失控。

物理挤压/穿刺

外部机械冲击导致电池壳体变形，正负极直接接触。例如，电动汽车碰撞事故中，电池包受挤压后内部压力超过20MPa时，电解液可能喷出并引燃。

四、材料本征缺陷

五、老化与性能衰退

SEI膜增厚

循环500次后，SEI膜厚度从初始的50nm增至200nm，导致内阻增加40%。充放电时额外产生的热量使电池工作温度提高8-10℃。

析锂累积

快充（>2C）或低温循环导致的锂镀层，在100次循环后可能形成5-10μm厚的不规则沉积层。DSC测试显示，此类电池的初始放热温度从180℃提前至120℃。

电解液消耗

高温存储（55℃/年）会导致电解液挥发损失15-20%，正负极界面接触恶化，局部电流密度异常升高。

六、环境因素叠加

湿度影响

相对湿度>80%时，水分渗透导致LiPF6水解生成HF（4LiPF6 + 3H2O → 2POF3 + 3LiF + 6HF），腐蚀电极并产生氢气。

气压变化

低气压环境（如航空运输）下，软包电池的铝塑膜可能膨胀破裂。实验显示，海拔3000米（70kPa）时，电池泄压阀开启压力降低30%。

锂电池起火本质是"能量失控释放-材料分解-连锁反应"的三阶段过程。预防策略需多维度结合：

材料改进：采用高热稳定性正极（如LFP）、固态电解质

结构设计：双重陶瓷隔膜、压力感应熔断装置

管理系统：三级温度监控（电芯-模组-系统）、析锂检测算法

使用规范：避免-10℃以下充电、控制SOC在20-80%区间

随着硅基负极（容量4200mAh/g）和高电压电解液（>4.5V）的应用，新型电池体系需重新评估热失控机制。