综述：开发安全高性能锂离子电池的策略与方法

这篇综述系统总结了锂离子电池(LIBs)在热失控机制、材料失效原理和安全设计策略方面的最新进展，重点探讨了从电极材料（石墨负极/NCM正极）、电解质（液态/固态）、隔膜到电池管理系统(BMS)的全链条安全优化方案，特别强调了热-电-机械多物理场耦合分析框架对解决热失控问题的指导意义。

　　

锂离子电池的安全革命：从材料基础到系统集成

1. 电池安全问题
   热失控是锂离子电池最严重的安全威胁，其触发条件可分为机械滥用（碰撞、穿刺）、电滥用（过充/过放）和热滥用（高温/低温）。当电池内部温度超过60°C时，负极SEI膜开始分解；130°C时聚烯烃隔膜熔融；180°C正极材料释氧，最终引发连锁放热反应。

2. 安全负极材料
   石墨负极的主要风险来自锂枝晶生长和SEI分解。通过表面修饰TiO_2-x纳米颗粒可将锂沉积过电位提高20%，而LiFSI基电解质能形成富含LiF的稳定SEI层。预锂化技术使石墨表面生成Li₂CO₃保护层，在滥用条件下仍保持结构完整。

3. 安全电解质
   液态电解质中添加氟代碳酸酯(FEC)可使自熄时间从100秒降至0秒。新型深共晶溶剂(DES)将电化学窗口拓宽至4.7V，而LLZO/PEO复合固态电解质在55°C下离子电导率达4.29×10^-4 S/cm。磷酸酯类阻燃剂通过捕获H·自由基实现"气相灭火"，但需平衡其与电化学性能的冲突。

4. 安全隔膜
   陶瓷涂覆隔膜在200°C下无收缩，相比传统PE隔膜热稳定性提升50%。核壳结构静电纺丝隔膜在高温时释放封装的三苯基磷酸酯(TPP)，实现"智能灭火"。三维石榴石骨架复合隔膜兼具机械强度（3.41 GPa）和枝晶抑制能力。

5. 安全正极材料
   高镍NCM正极通过Mo掺杂将氧释放温度提高40°C，单晶NCM523相比多晶材料热分解温度提升至332°C。表面包覆Ce_0.8Dy_0.2O_1.9可提供氧空位储存活性氧物种，而LiNbO₃包覆层能缓解循环应力导致的微裂纹。

6. 电流集流体创新
   石墨烯集流体导热系数达400.8 W·m^-1·K^-1，比传统铝箔高10倍，可快速消散局部热点。聚酰亚胺基阻燃集流体在火焰中0.54秒自熄，且重量减轻25%。

7. 智能制造控制
   动态分选技术结合自组织映射神经网络(SOM)，使电池组容量差异<1%。紫外固化绝缘涂层取代传统PET蓝膜，实现环保且均匀的极片隔离。

8. 智能管理系统
   基于PSO-ASRCKF算法的SOC估算误差<0.037%，而AC+DC复合自加热策略可在12.4分钟内将-20°C电池升温至10°C。微通道液冷配合纳米流体（含3% CuO）使传热系数提升14%，热管-PCM复合系统将模组温差控制在0.5°C内。

这项系统性研究为构建"材料-部件-系统"三级安全防护体系提供了创新思路，特别是多物理场耦合分析框架和机器学习辅助的BMS算法，正在推动锂电安全技术进入智能化时代。