高能量锂电池（如高镍三元NCM/NCA、硅基负极、锂金属电池等）的热失控（Thermal Runaway, TR）研究需从机理解析-模拟预测-实验验证-防控设计全链条入手，结合多尺度表征与跨学科方法。

1、热失控机理的多尺度解析：

  原位表征技术：同步辐射XRD/CT：实时追踪热失控过程中晶格坍塌、相变（如层状→尖晶石）及孔隙演化；质谱联用（TG-MS/DSC-MS）：解析电解液分解气体（CO、CH₄、HF）的释放动力学；固态核磁（ssNMR）：揭示Li⁺迁移受阻与局部结构畸变（如⁷Li NMR检测死锂积累）。

  界面失效机制：冷冻电镜（Cryo-EM）：观察SEI/CEI层在高温下的破裂与金属枝晶穿透；XPS/ToF-SIMS：分析正极-电解液界面氧化产物的化学组成（如Ni⁴⁰→Ni²⁰还原反应）。

2、加速实验与模拟预测：

  极端条件测试：绝热加速量热仪（ARC）：测定自加热速率（dT/dt）及触发温度（T₁、T₂）。

  针刺/过充测试：关联机械滥用-内短路-热失控的临界条件（如NCM811针刺后1分钟内TR）。

  多尺度模拟：分子动力学（MD）：模拟电解液分解路径（如EC→C₂H₄ + CO₃²⁻）；有限元分析（FEA）：预测模组级热扩散路径（如COMSOL模拟冷却失效场景）。

  大数据预警：机器学习模型：基于历史失效数据训练TR预测算法（输入：电压骤降、温度梯度、气体浓度）。

3、新型防控材料与技术：

  正极：单晶化高镍材料（降低晶界断裂）、富锂锰基（氧空位抑制）；负极：三维骨架锂金属负极（如石墨烯气凝胶负载Li）；电解质：固态电解质（LLZO、LGPS）阻断离子导通；自熄灭电解液（含磷酸三甲酯TMP）。

  智能响应设计：热响应隔膜在120°C时闭孔（如PVDF-HFP基温敏聚合物）；微胶囊阻燃剂高温释放PF₅或Al(OH)₃纳米颗粒。

  热管理强化：相变材料（PCM）石蜡-石墨烯复合材料（导热系数＞20 W/mK）；微通道液冷仿生叶脉结构冷却板（降温效率提升30%）。

4、系统级安全验证：

  多层级测试标准：单体UL9540A（热扩散测试）；模组/Pack GB 38031-2020（中国电动汽车强标）。

  失效溯源技术：断层扫描（CT）：定位内短路起始点（如负极析锂穿刺隔膜）。

  同位素标记：用⁶Li追踪热失控中锂的迁移路径。

5、未来研究方向：

  工况表征技术：开发原位X射线/中子衍射平台，实时观测电池充放电-热失控耦合过程。

  仿生自修复：模仿生物组织愈合机制（如微血管网络输送电解液修复剂）。

  全固态电池：研究界面接触恶化对热失控的影响（如Li-LLZO界面裂纹扩展）。

  高能量锂电池热失控研究需融合基础科学突破（如界面反应动力学）与工程技术落地（如快速灭火系统），最终实现“可预警、可控制、不蔓延”的安全目标。