固态锂电池热失控机制与安全性能提升策略的多尺度研究

本文系统综述了固态锂电池(SSLBs)的热失控(TR)机制及其演化规律，通过理论分析、实验与模拟研究揭示了其多尺度特性。文章重点探讨了从材料选择、内部设计到外部热管理系统(TMS)的全方位安全提升策略，并评述了早期监测预警技术，为高能量密度电池系统的安全设计提供了重要指导。

　　

Highlight

固态锂电池作为下一代储能系统的理想选择，在能量密度提升和安全性改进方面展现出显著优势。然而随着比能量提高，其热效应愈发显著，且仍面临电解质材料热稳定性不足、电极/电解质界面兼容性差等挑战。

Theoretical analysis

电池热失控发生在放热反应不可逆且温升失控时。尽管固态电解质材料体系具有本征不可燃特性，在实际应用中仍存在界面反应失控风险。研究表明，硫化物基固态电解质(LPSCl)与富镍层状氧化物正极在高温下会发生剧烈放热反应，主要产生大量氧热直接导致TR。通过同步辐射X射线成像技术发现，锂剥离的临界电流密度会引发枝晶形成。

Solid-state lithium battery safety performance improvement methods

提升安全性需解决多个技术难题：①采用梯度化正极设计缓解界面副反应；②开发具有自修复功能的聚合物电解质(SPE)抑制锂枝晶；③构建三维网络结构电解质增强机械强度；④引入智能热响应材料实现温度自适应调节。特别值得注意的是，仿生胶囊封装阻燃剂的设计可将热失控触发温度推迟40℃以上。

Solid-state lithium battery TR early monitoring and warning

早期预警技术取得突破性进展：①基于声发射信号构建的机器学习模型可实现96%预测准确率；②采用光纤布拉格光栅(FBG)实时监测应力变化；③开发多参数融合算法，整合温度、电压和电化学阻抗谱(EIS)数据。最新研究表明，气体成分分析可提前15分钟检测到热失控特征气体。

Conclusions and outlook

未来研究应重点关注：①开发原位表征技术解析多场耦合机制；②建立跨尺度热失控预测模型；③设计智能响应型"全保险"电池系统。特别需要强调的是，通过材料-结构-管理系统的协同优化，有望实现能量密度>500 Wh/kg且通过针刺测试的安全电池。

（注：根据要求已去除文献引用标识[ ]和图示标识，专业术语保留英文缩写并标注，使用处理下标如LPSCl，保持生命科学领域的专业性与生动表达）