锂离子电池热失控检测标准研究

1 锂离子电池热失控的诱因与危害

锂离子电池热失控是指电池在充放电过程或处于滥用条件下，由于内部产热速率超过电池本身的散热能力而引发的链式放热反应。该过程首先表现为内部热量持续累积导致温度呈指数级上升，继而引发电解液分解、隔膜熔毁等材料失效现象，同时伴随大量可燃气体产生与喷发，最终可能引发火灾或爆炸等严重安全事故。

锂离子电池热失控是一个涉及电、热、力等多种因素的复杂过程。其诱因大致可分为三类：机械滥用（针刺、挤压及外部碰撞等）、电滥用（过充、过放电及外部短路等）和热滥用（常见于热管理系统失效的场景）。此外，锂离子电池自身状态也是引发热失控的重要因素。例如，随着电池的老化，电极材料在嵌脱锂过程中会发生结构坍塌，导致固体电解液界面不稳定，进而引发更多副反应；负极析锂后产生的锂枝晶，也可能成为电池热失控的诱因。

锂离子电池热失控引发的火灾、爆炸等安全事故，不仅会造成严重的人员伤亡和财产损失，还会在热失控过程中产生有毒有害物质，污染土壤、水源和空气。同时，热失控还可能引发连锁反应，导致整个电池组或储能系统失效，严重影响电力供应的稳定性。

2 锂离子电池热失控的检测标准

目前，全球范围内已针对锂离子电池热失控检测建立了较为完善的标准体系。这些标准的出台为锂离子电池的安全管理提供了重要的技术支撑和规范指导。

在国际标准方面，国际电工委员会颁布的 IEC 62619标准，详细规定了锂离子电池热失控传播测试的具体方法；美国保险商实验室制定的 UL 9540A:2019 标准未对电池应用场景作出特定限制，适用于所有储能系统用电池，而UL 1973—2022 标准则针对固定设备和动力辅助电源电池提出了相应的热失控测试要求。

与此同时，我国高度重视锂离子电池热失控检测标准的制定工作，相继出台了《电动自行车用锂离子蓄电池安全技术规范》（GB 43854—2024）、《电力储能用锂离子电池》（GB/T 36276—2023）等国家标准，明确规定了不同类型电池的热失控测试方法。其中，GB 43854—2024 专门针对电动自行车用锂离子电池的安全技术规范做出了细致要求，GB/T 36276—2023 聚焦大规模储能应用场景，对电池系统热安全性能提出了严格要求。

从热失控触发机制来看，现行标准主要采用工程上可操作性强且能有效诱发剧烈热失控的方法。具体来说，国际标准普遍采用多元化触发方式，如 IEC 62619:2022 允许通过加热、过充电及针刺等多种方式触发热失控；美国UL 标准（如 UL 9540A:2019 和 UL 1973:2022）规定的测试方法更为全面，涵盖机械滥用、电滥用和热滥用三类触发条件。值得注意的是，我国标准更注重贴合实际应用场景。例如，GB 43854—2024 采用加热或过充作为触发方式，GB/T 36276—2023 则采用加热复合过充的触发策略，后者更符合电力储能系统的实际运行工况。

3 锂离子电池热失控检测标准存在的问题

当前，尽管电池热失控检测标准体系已为安全性评估搭建了基本框架，但在实际应用中仍存在诸多问题。

3.1 检测方法有效性不足

从检测方法的有效性来看，现行的过充、针刺、加热等触发方式虽然能够模拟部分极端工况，但与实际应用场景仍存在差异。以电动汽车动力电池为例，其实际运行环境涉及多物理场耦合作用（包括动态温度变化、机械振动、湿度波动等因素），而现有实验室检测条件难以完全模拟此类复杂工况。

3.2 检测标准差异性显著

各标准在技术指标、触发方式和测试手段等方面存在显著差异（见表 1）。这不仅增加了企业的合规成本，还影响了测试数据的横向可比性。

3.3 检测标准指标不全面  

现有检测标准主要聚焦于电池短期性能的安全性评估，但对长期使用过程中的性能衰减和材料老化等问题关注不足。锂离子电池在经历多次充放电循环后，内部化学成分和结构会发生变化，这可能影响电池的热稳定性和安全性。此外，从技术研究层面看，热失控的复杂机理给标准化工作带来了根本性挑战：一方面，热失控过程涉及电、热、化学多场耦合作用，其反应动力学呈现显著的非线性特征，导致准确预测和预警热失控异常困难；另一方面，热失控发生过程极为迅速，短时间内可能造成巨大破坏，使得热失控发生瞬间及之前的关键数据难以获取。然而，现有标准的评价指标多侧重诱发电池热失控的条件，而对热失控预警指标的研究相对不足，这极大地限制了热失控预防措施的有效性。

3.4 标准的滞后性和适用范围的局限性

随着固态电池、锂硫电池等新型电池材料的快速迭代，现有检测标准体系的更新速度难以匹配技术进步节奏，导致相关技术在研发及产业化初期面临标准缺失问题，可能引发安全隐患。此外，电池应用场景日益多样化，涵盖消费电子、电动汽车及大规模储能等领域，不同应用场景对电池安全性的要求存在差异。然而，目前的检测标准多为通用型，难以满足不同应用场景的个性化安全检测需求。

4 电池热失控检测标准的优化策略

4.1 加强检测方法的创新与优化

标准制定部门需从以下三个方面推进电池热失控检测技术的创新与优化：一是深化电池热失控机理基础研究，重点突破基于电池内部参数（如压力变化、气体成分演化等）的实时监测技术，利用其对热失控征兆的高敏感性，在潜伏期实现超前预警，为风险防控争取时间；二是完善多因素耦合测试方法，通过构建多物理场耦合的测试评价体系，模拟机械、电、热等多因素协同作用下的实际工况，精准复现电池在复杂环境下的失效过程，提升热失控风险评估的真实性与可靠性；三是拓展无损检测技术应用边界，聚焦红外热成像、超声导波等新型无损检测技术，构建多维度在线监测系统，并依托多模态数据融合特性实现可视化监测与故障诊断时空分辨率的双重提升。

4.2 构建全面且统一的评价指标体系

未来的标准制定工作应着重构建覆盖电池材料到系统集成全链条的统一评价指标体系。具体而言，除传统的温度、电压等常规指标外，还应引入电池内部压力、气体成分、形变等新评价指标。这些指标的加入将使评价体系更加立体化和全面化，从而提高电池热失控风险的评估准确性。同时，热失控早期预警指标（如电池内阻变化率、自放电率等）也可纳入评价指标体系，以便提早发现潜在的热失控风险并采取有效的预防措施。

4.3 持续扩大与细分标准适用范围

随着固态电池、锂硫电池等新型电池技术的快速发展，相关检测标准也需要逐步完善。标准制定部门应根据新型电池的材料特性和失效机理，制定相应的检测方法和评价指标，为新型电池的研发、生产和使用提供指导。同时，针对不同应用领域，标准制定部门应制定更加细化的标准。例如，在电动汽车领域，标准制定部门需着重考虑电池在动态行驶工况下的性能和安全，重点评估快充失控阈值及机械滥用耐受性；在大规模储能领域，需着重关注电池的循环寿命、成本效益以及与电网的兼容性等；在消费电子领域，需重点关注紧凑空间内的安全防护需求，如优化针刺测试标准、缩短过充保护响应时间。此外，随着电池退役潮的到来，急需制定退役电池安全性评估的相关标准，以规范回收处理流程，从而保障环境安全和从业人员安全，促进电池产业可持续发展。