2024年6月24日，韩国京畿道华城发生了一起严重的工业灾难，某集团旗下的锂电池工厂发生火灾，导致多人不幸丧生。这场悲剧发生在工厂的一个2300平的锂电池仓库内。由于锂电池在极端热力作用下引发的连锁爆炸，火势迅速蔓延，整个工厂被烈焰吞噬，造成了巨大的人员伤亡和财产损失。韩国消防部门迅速响应，但面对锂电池特有的燃烧特性和连续的内部爆炸，传统灭火手段显得无力，导致救援行动异常艰难。这起事故凸显了锂电池在工业生产中的安全风险，尤其是在高温环境下可能引发的爆炸和火灾。
而且，近年来新能源汽车因电池出现热失控而自燃事件频发，不仅对消费者的生命财产安全构成威胁，也对新能源汽车行业的健康发展带来了严峻挑战。目前是否已经能够有效控制和管理电池的热失控问题呢？不妨从专利中找找答案。首先调研电池热失控的原因，然针对各种原因去检索专利中解决这些问题的手段。
01、锂电池出现热失控的原因
电池材料
电池材料的不稳定性：电池正负极材料在高温或过充状态下可能变得不稳定，容易发生分解反应，产生热量。
电池结构
内部短路：电池内部的微小金属颗粒或制造缺陷可能导致正负极之间的短路，短路电流产生大量热量，可能引发热失控。
外部短路：电池外部电路的短路，如电池组中的连接问题，也可能导致大电流通过电池，产生过量热量。
机械损伤：电池在受到撞击、挤压或穿刺时，可能导致内部结构损坏，引起内部短路或电解液泄漏，进而可能引发热失控。
电池管理
电池过充：当电池充电超过其设计容量时，会导致锂离子过度嵌入负极，可能引起负极材料的结构变化，从而产生热量。
电池老化：随着使用时间的增加，电池内部可能会发生不可逆的化学或物理变化，如电解液分解、正负极材料退化等，这些变化可能降低电池的热稳定性。
热管理不足：电池在高功率输出或高温环境下工作时，如果没有有效的热管理系统来散热，电池温度可能持续升高，增加热失控的风险。
电池管理系统（BMS）失效：BMS负责监控和管理电池的充电和放电过程，如果BMS失效，无法正确控制电池状态，可能导致电池过充或过放，增加热失控风险。
电池和电池包质量
生产制造缺陷：电池制造过程中的缺陷，如电极不均匀、电解液分布不均、电池封装问题等，都可能成为热失控的诱因。
02、专利中的解决手段
电池材料
针对电池材料的不稳定性，以锂电池、正负极材料、过充、热失控等关键词进行检索，发现已有专利针对锂电池的热失控问题进行了电极材料的改进。
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专利号 |
权利人 |
技术手段 |
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CN109888221A CN110911688A |
成都爱敏特新能源技术有限公司 |
负极复合材料及其制备方法，其材料呈现核壳结构，内核为石墨，外壳为热变相复合材料 |
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CN115117342A |
中国科学院大连化学物理研究所 |
负极材料为稀土‑过渡金属簇合物，具有较大的磁热效应，可实现磁制冷 |
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CN112382746A |
湖南省正源储能材料与器件研究所 |
正极材料具有热关闭功能，当电池温度异常升高时，3取代基聚吡咯或3取代基聚噻吩发生热脱杂，由导电态转变为绝缘态 |
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CN117154231A |
湖州耀宁固态电池研究院有限公司 |
电解液包括碳酸酯类溶剂≤90wt％，低沸点溶剂≤25wt％，锂盐≤30wt％ |
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…… |
充电
针对过充的问题，以锂电池、过充、热失控等关键词进行检索，发现已有专利针对锂电池的热失控问题进行了充电方面的改进。
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专利号 |
权利人 |
技术手段 |
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CN112510271A |
郑州大学 |
通过锂离子电池的动态阻抗随时间变化的斜率K判断电池的状态，判断电池即将过充 |
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CN114384419A |
中山大学 |
利用实时获取的锂电池温度信号和电压信号进行过充电导致的锂电池热失控早期预警 |
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…… |
电池管理
针对电池材料的不稳定性，以锂电池、老化、管理、热管理等关键词进行检索，发现已有专利针对锂电池的热失控问题进行
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专利号 |
权利人 |
技术手段 |
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CN117549795A |
深圳市泰科动力系统有限公司 |
对电池热成像进行图像处理，判断锂电池过充、外部短路和内部隔膜热穿刺等状态 |
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CN117092511A |
杭州智仝科技有限公司 |
将温度传感器阵列采集的多点温度测量值通过设计的模型和算法模拟锂电池内部的热源功率分布，从而捕捉温度异常点，评估电池状态 |
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03、总结
锂电池热失控的原因多种多样，包括电池材料的不稳定性、电池结构设计缺陷、电池管理不当等。为了应对这些挑战，锂电行业的研发人员目前已经取得了一定的进展。
在材料层面，通过专利技术改进的电极材料，如核壳结构的负极和具有热关闭功能的正极，显著提高了电池的热稳定性。电解液的创新配方也有助于降低高温下热失控的风险。结构设计方面，通过增强隔膜的耐热性和机械强度，有效避免了内部短路的发生，而智能化的电池管理系统（BMS）则通过实时监测电池状态，预测和管理充放电过程，实现了热失控的早期预警。
跨学科的合作，如材料科学、化学工程、电子工程和计算机科学的融合，将为解决热失控问题提供更多创新思路。通过这些综合措施，可以期待锂电池的安全性将得到进一步提升，为新能源汽车行业的健康和可持续发展提供坚实的基础。总之，虽然挑战依然存在，但通过不断的技术创新和行业协作，推动锂电池技术向更安全、更可靠的方向发展。
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