综述：确保电动汽车电池安全：挑战、发展与未来展望

这篇综述系统探讨了电动汽车(EV)电池安全的核心挑战，重点分析了锂离子电池(LIBs)热失控(thermal runaway)、界面降解和机械滥用等关键问题。作者通过融合材料科学与系统工程视角，从原子尺度枝晶形成到模块级热传播等多尺度解析失效机制，并评估了机器学习驱动的故障诊断工具。文章特别强调了自修复电解质(self-healing electrolytes)、纳米结构热屏障和智能电池管理系统(BMS)等新兴解决方案，为设计高耐久、高安全性的下一代电池提供了技术路线图。

　　

摘要

随着电动汽车(EV)的快速普及，电池安全已成为汽车行业创新的基石。锂离子电池(LIBs)凭借其高能量密度(250-300 Wh kg^-1)和快速充电能力成为主流选择，但热失控风险始终如达摩克利斯之剑高悬。当温度超过80°C时，固体电解质界面膜(SEI)会不可逆分解，触发阳极-电解质放热反应；而钴酸锂(LiCoO₂)阴极在178-250°C释放的氧气更会加速热失控链式反应，最终导致温度飙升至800°C以上。

热失控的四大诱因

机械滥用如碰撞或穿刺会直接损伤隔膜，特斯拉4680电池采用陶瓷涂层隔膜提升抗穿刺性；电滥用中过充电最为危险，强迫锂离子过度脱嵌会导致阴极结构崩塌；热滥用下电解液在225-300°C分解产生易燃气体(如CH₄、C₂H₄)；化学滥用则涉及SEI膜再生消耗活性锂。值得注意的是，磷酸铁锂(LiFePO₄)虽热稳定性优异，其热失控时产生的CO/H₂混合气体仍具爆炸风险。

多尺度安全策略

在材料层面，自修复聚合物可自动修复电极裂纹，氟代碳酸酯(FEC)添加剂能形成富LiF的稳定SEI层。单体层面，硅碳(Si-C)复合阳极通过体积膨胀缓冲降低枝晶风险。系统层面，宝马新型BMS采用嵌入式光纤传感器，可检测局部热点和气压积聚。云端数字孪生技术通过分析历史数据建立电池电子健康档案，实现故障提前72小时预警。

未来方向

固态电池用陶瓷/硫化物电解质取代易燃液体，量子景观(QuantumScape)的柔性陶瓷电解质已实现1000次循环无衰减。丰田计划2027年推出搭载硫化物固态电池的混动车型。在标准领域，ISO 6469与UNECE R100正建立全球统一的热蔓延测试规范。

特别警示

电解液分解产生的乙烯(C₂H₄)浓度超过4%即达爆炸下限，而NCM622电池在满电状态(SOC=100%)时产气量可达17.48 mol。这提示应急救援需配备氢氟酸(HF)中和剂和红外热成像仪，因为传统水基灭火剂会加剧锂金属反应。

通过这种多层级防御体系——从原子尺度的界面调控到系统级的智能监控，电动汽车电池正朝着"本质安全"的目标稳步迈进。正如雪崩由一片雪花引发，电池安全也需要对每个微观细节的极致把控。