100Ah磷酸铁锂软包电池的热失控特性及产气行为

作者：叶锦昊1, 侯军辉2, 张正国1,3, 凌子夜1,3, 方晓明1,3, 黄思林2, 肖质文2  

单位：1. 华南理工大学传热强化与过程节能教育部重点实验室；2. 厦门新能安科技有限公司；3. 广东省热能高效储存与利用工程技术研究中心

引用：叶锦昊, 侯军辉, 张正国, 等. 100 Ah磷酸铁锂软包电池的热失控特性及产气行为[J]. 储能科学与技术, 2025, 14(2): 636-647.

DOI：10.19799/j.cnki.2095-4239.2024.0764

本文亮点：1.本研究以100Ah大容量软包磷酸铁锂电池为对象，系统探讨其在不同SOC条件下的产热机制与热失控后内部形貌变化，揭示了大容量软包电池的热失控特征。2.本研究探索不同SOC条件下电池的产气特性和爆炸极限变化规律，为储能系统的安全设计提供科学依据。

摘 要 本研究以100 Ah磷酸铁锂软包电池为研究对象，通过侧面加热触发热失控，借助工业计算机断层扫描(CT)、扫描电子显微技术(SEM)、气相色谱仪(GC)等表征测试手段，系统分析了40%、60%、80%、100%SOC下电池的热失控特性和产气变化规律。结果表明，电池热失控的过热触发可细分为四个阶段：过热温度升高、副反应膨胀产气、隔膜收缩与破裂冒烟、热失控引起剧烈温升和产气。进一步计算了产热能量，发现100%、80%、60%、40%SOC电池的峰值产热率分别达到140.34、115.44、14.76和3.91 kW，且100%SOC时释放的能量相当于104.63 g三硝基甲苯(TNT)的能量，破坏半径达到5.90 m，相比40%SOC的危险性提升了64.3%。对热失控后电池材料表征发现，正极磷酸铁锂材料从方块状转变为团聚的不规则球状，负极石墨结构则从层状转变为团聚的球形颗粒，这归因于内部副反应的加剧。通过对比产气特性发现，SOC的增加导致电池产H₂量增加，CO₂量下降，各SOC下电池产气的爆炸风险均高于普通烃类气体，爆炸上限呈现先下降后上升的变化趋势。本研究结果对后续储能系统的安全设计提供了理论依据和实践指导。

关键词 大容量；热失控；磷酸铁锂软包电池；残骸特征；产气

在全球碳中和与碳达峰的背景下，新能源领域迎来巨大的发展机遇。锂离子电池以其体积小、功率高、能量密度大、循环寿命长等独特优势，成为了消费电子、储能电站、新能源汽车及航空航天等领域的核心储能技术。然而，锂离子电池在极端工况下，如超负荷充放电、极端温度环境或内部短路，会面临热失控(thermal runaway，TR)的风险，这不仅影响电池性能，还可能引发火灾和爆炸。因此，深入研究锂离子电池的热失控特性，对于提升电池安全性、促进新能源产业的健康发展具有重要意义。

近年来，针对锂离子电池热失控特性的研究已从触发方式、测试条件、电池材料等多个维度展开。Zhu等对比了25 Ah的LFP软包和方壳电池的过热行为，发现封装形式对热失控的影响主要体现在封装材料的力学性能上，方壳电池的泄压阀能有效延缓热失控。Wang等研究了不同正极材料(LFP、NCM111、NCM622、NCM811)的热失控特性，发现LFP电池热失控触发时间早，热失控更温和，而NCM电池的热稳定性随镍比例增加而下降，热失控危害增加。Wei等分别使用钉刺、侧面加热和过充电触发NCM523锂离子电池热失控，结果发现过充滥用试验下电池损坏最为严重。Wang等比较了27 Ah商用方壳LFP电池在2C、1.5C、1C、0.5C下的过充热失控行为，发现充电速率增加会加速锂枝晶的生长，促进热失控。以上针对锂离子电池热失控特性的研究集中在小容量(<50 Ah)的电池，为了进一步研究大容量的电池的热失控风险，Kang等对86、100、120和140 Ah的LFP方壳电池的过充电行为和热失控特性进行了研究，发现低容量电池更易热失控，而高容量电池热失控剧烈程度更高。然而，目前针对大容量电池的研究都是基于方壳电池，对于大容量软包电池的热失控特性了解尚不充分。此外，当前研究多集中于直接观测电池热失控的温度和电压特性，而对于热失控后电池内部形貌变化的探讨则相对匮乏。

此外，锂离子电池发生热失控时，还会产生大量的可燃、有毒气体，易产生爆炸事故。Wang等总结了热失控气体成分主要成分为CO₂、H₂、CO，其余小部分气体主要为小分子烃类物质(CH₄、C₂H₄、C₂H₆等)。为了更深入地了解电池产生的可燃气体，Qi等研究了不同荷电状态(state of charge，SOC)下的NCM523电池的产气特性，发现SOC上升时，CO₂含量减少，H₂和CO含量增加。Xu等比较了不同触发方式下电池热失控的产气特性，发现侧面加热时产H₂最多，烘箱加热时最少。Shen等研究了LFP和不同NCM比例电池的产气成分和产气量，发现NCM系列电池的产气量基本在2～3 L/Ah，而LFP仅有0.569 L/Ah。LFP电池产生的气体中H₂比例更高，导致其爆炸下限低于NCM电池。因此，当前已经在不同的材料体系、触发方式等条件下的电池产气特性开展了大量研究，然而，目前的研究并没有考虑到LFP电池在不同SOC下的产气特性和爆炸极限的变化规律。

鉴于上述研究背景和现有研究的局限性，本研究旨在填补大容量软包磷酸铁锂电池在不同SOC条件下产热特性和残骸特征研究的空白，并深入探讨其产气特性和爆炸极限的变化规律。通过过热实验，对100 Ah磷酸铁锂软包电池在不同SOC(40%、60%、80%、100%)下的过热机制、产热能量、残骸特征、产气组分、爆炸极限等关键参数进行系统分析，为储能系统的安全设计和应急响应策略提供科学依据，进一步推动新能源产业的安全发展。

1 实验系统与方法

1.1 实验研究对象

以容量为100 Ah的软包型锂离子电池为研究对象，采用磷酸铁锂作为正极活性材料，石墨为负极材料，电池规格参数如表1所示。本次实验采用Neware电池测试系统，将电池以0.3C恒流放电至2.5 V，再以0.3C分别充电至40%、60%、80%、100%SOC，随后恒压至0.05C以下。

表1   电池参数表

1.2 电池热失控实验

采用图1(a)所示方法对电池进行制样，在电池一侧的大面贴附加热膜(120 V，480 W，江西硕豪电热)模拟外部热源触发电池热失控的场景。在电池另一侧大面的上、中、下三个位置，分别布置了直径为1 mm的K型热电偶，分别命名为T1、T2、T3，用于精确测量电池表面不同位置的温度变化。此外，在电池的极耳处布置了电压线，用于实时监测电池电压的变化。

在图1(b)所示的实验平台上开展实验。该平台集成了多路数据记录仪(LR8431CN，日置(上海)测量技术有限公司)、直流电源(SSN-15005DS，东莞市不凡电子有限公司)、摄像机、通风机以及计算机。将电池样品放置于实验平台上，将电压线和热电偶与多路数据记录仪连接，数据记录仪的采样间隔设定为1 s。实验过程中，数据实时传输至计算机。加热片与直流电源相连，整个过热过程由摄像机全程记录。实验中，通风机持续运行，用于排除实验过程中产生的烟气，确保实验安全。当电池触发热失控后，立即关闭直流电源，以避免进一步的热能量输入。实验结束后，分别用电子天平测量电池质量损失，用工业计算机断层扫描(CT，METROTOM 1500，德国ZEISS公司)拍摄电池内部结构，用扫描电子显微镜(SEM，SU 8220，日本日立集团)观察正负极片材料形貌。

1.3 气体采集实验

本研究在自制的模组外壳中进行了电池热失控气体收集实验，如图2所示。实验在室温条件下进行，分别对40%、60%、80%、100%SOC的100 Ah LFP软包电池进行加热，电池触发热失控后关闭直流源。当电池热失控并产生大量气体时，迅速打开模组外壳上的排气口，使用抽气泵(AD1.5DC4，缘循智能科技)将产生的气体引导至预先准备的气体收集袋中，收集到的气体随后通过气相色谱仪(GC, 7820 A VL，安捷伦科技有限公司)进行成分分析。

2 实验结果与分析

2.1 不同SOC电池的热失控特性

2.1.1 实验现象

图3展示了在不同SOC下电池过热引发热失控的典型实验现象。实验结果表明，各SOC下电池热失控过程中的现象基本一致，主要表现为释放白烟而无明显火焰。热失控过程中的现象依次为：正常温升、产气膨胀、破裂冒烟、正极头部剧烈产气、负极头部剧烈产气、自然冷却。值得注意的是，不同SOC的电池在热失控时，破裂冒烟的位置均集中在电池的正极头部，这是因为在软包电池中，正极头部是集流体与电极材料的连接点，结构复杂，存在多个接口和连接点，这使得它成为潜在的失效点。此外，正极头部的包装材料需要进行热封和压接处理，这一过程中的高温和压力可能削弱了该区域的材料强度，加之这里是封装的接口，可能存在应力集中。当电池内部发生电解液分解等化学反应时，产生的气体倾向于在电池顶端聚集，而正极头部由于结构上的薄弱和密封问题，所以容易成为气体聚集并最终破裂的部位。在长时间缓慢冒烟后，电池表面温度达到热失控临界点，大量烟雾从正极顶封稳定释放，形成射流，随后电池的负极顶封也开始剧烈产气，形成稳定的喷射气流。与低SOC(40%)电池相比，高SOC电池在热失控时表现出更为剧烈的产气现象。此外可以发现，电池热失控后表面的铝塑膜因高温烟气作用而发生碳化变黑，这一现象在40%SOC电池中表现不明显，表明其生成的烟气温度较低且产气量较少，热失控剧烈程度较低。

2.1.2 过热机制

图4展示了不同SOC的LFP软包电池的温度电压变化曲线，可以发现，各SOC的电池表面温度与电压的演变趋势呈现出高度的一致性，这表明无论SOC如何变化，电池在过热环境下面临的热失控机制是一致的。为了更精确地分析热失控过程，定义了三个关键时间点：t_a，t_b，t_onset。其中，t_a表示电池温升放缓的时间点；t_b表示电池温度出现波动下降的时间点；t_onset为热失控的触发时间。在时间点t_a、t_b以及t_onset处，热电偶记录的电池最高表面温度分别命名为T_a、T_b、T_onset。T_max为电池热失控时的最大温度，对应的时间点为t_max。根据式(1)，当相邻两个记录点T(k)和T(k+1)的温度差异大于1 ℃/s时，T(k)被定义为T_onset，其中T(k)代表数据记录仪在第k秒记录的温度数据。

，

(1)

基于上述分析，图4将整个电池过热过程分为四个阶段，各阶段对应的内在机理如图5所示。

阶段Ⅰ (0 s～t_a，温升阶段)：电池温度从初始环境温度稳步上升至T_a ≈ 100 ℃，电池表面温度的一致性较好，表明在此过程中电池内部各部分的响应较为均匀。同时，电池电压略有上升，主要归因于电极材料在高温下的活化，高温条件下电池内部的电化学反应变得活跃，内部电阻降低，导致开路电压略有升高。

阶段Ⅱ (t_a～t_b，温度平台阶段)：电池的温升速率开始减缓，形成了一段温度变化较为平缓的平台，同时电池表面各部位的温度差异逐渐增大。此阶段锂离子电池内部开始发生副反应，SEI膜分解产生O₂和C₂H₄，同时释放热量，促使电池内部温度持续攀升。同时，电解液吸收热量蒸发产生气体，加速电池膨胀，导致电池表面传热和散热不均匀。

阶段Ⅲ (t_b～t_onset，温度波动阶段)：当电池内部产气压力达到阈值时，电池两端的铝塑膜发生破裂冒烟，带走部分热量，导致电池温度出现小幅度下降，随后电池持续吸收加热膜输入的能量，温度继续上升，电解液持续蒸发并与负极的嵌锂反应生成有机气体，内部隔膜收缩开始出现短路。值得注意的是，此阶段电池的电压在大部分时间保持稳定，只有在热失控即将发生之前出现轻微的下降趋势，这表明在软包电池的前端内部发生了较为轻微的内部短路现象。

阶段Ⅳ(t_onset～，热失控阶段)：这一阶段标志着锂离子电池从热失控状态过渡到自然冷却的过程。持续的高温促使电池隔膜融化，进而使得正负极材料直接接触，触发电池内部的大规模内短路。在极短的时间内，电池内部产生大量的热量，这引发了负极锂与电解液反应、正极材料分解、电解液分解以及黏结剂反应等一系列连锁放热反应，导致温度急剧飙升，出现剧烈的产气和产热，最终促成了热失控的发生。在几十秒内，电池温度迅速攀升至峰值，电池表面不同位置之间的温差变大，电压迅速下降至0 V。

2.1.3 电压特性

通过对图6的实验图的分析，我们观察到在电池热失控发生前，电池电压开始出现下降，但并未完全降至0 V。这一现象表明，电池电压的轻微下降可以作为电池失效的早期预警信号。另外，不同SOC水平的电池在电压开始明显下降到热失控正式开始的时间间隔存在显著差异。对于100%、80%、60%、40%SOC的电池，这一时间间隔分别为22 s、28 s、61 s、104 s，而电压下降幅度则分别为3.05 V、2.07 V、0.44 V、0.05 V。这些数据揭示了一个重要趋势：SOC越高，从电压开始下降到热失控发生的预警时间越短，电池内部大规模短路的发生也越迅速。这一发现对后续电池管理系统的设计具有重要意义，提示我们应开发更为敏感和快速响应的热失控预警机制，以提高电池系统的整体安全性和可靠性。

2.1.4 产热特性

如表2所示，不同SOC条件下，电池的热失控触发温度T_onset稳定在160～175 ℃范围内。这一现象主要归因于电池材料与隔膜的熔点限制，进一步证明了过热触发电池热失控主要是因为隔膜熔化。在热失控过程中，电池的最高温度T_max呈现随SOC提升而明显增高的趋势。在100%、80%、60%、40%SOC条件下，T_max分别达到422.8、387.3、291.3、236.1 ℃。这一趋势表明，在高SOC条件下，电池中储存的能量更高，当发生内部短路时，这些能量以焦耳热的形式迅速释放，导致温度急剧升高。值得注意的是，热失控瞬间的温升速率也与SOC密切相关。在100%、80%SOC条件下，电池的最大温升速率分别高达78.9、64.9℃/s，而60%、40%SOC条件下，这一速率则显著降低至8.3、2.2 ℃/s。这表明，当电池SOC高于60%时，热失控瞬间的副反应剧烈程度将显著增加，温升速率呈倍数上升，对电池安全构成更大威胁。

表2   不同SOC的电池热失控特征参数

为了量化热失控过程中的内部产热，参考Feng等、宋来丰等的计算方法，按照公式(2)计算了电池热失控时的内部电热耦合产热率，结果如图7(a)所示。在热失控过程中，不同SOC水平的电池的产热特性存在显著差异。具体而言，100%、80%、60%、40%SOC电池的峰值产热率分别达到140.34、115.44、14.76和3.91 kW。这一结果表明，高SOC电池的产热率远高于低SOC电池，其中100%SOC时的瞬时产热率比40%SOC时提升了35.89倍，突显了SOC对热失控产热率的显著影响。通过式(3)对产热率P_b进行积分处理，可以得到整个热失控阶段的总产热量。如图7(b)所示，当SOC分别为100%、80%、60%、40%时，电池释放的热量依次为464.24、373.35、229.81、121.31 kJ。从曲线可发现，SOC与热失控释放能量之间存在线性增长关系。

为了更直观地展现电池在热失控过程中释放能量的危害程度，本研究运用TNT当量法将释放的能量转化为等效TNT量，并据此计算破坏半径，以此量化热失控事件的潜在危害程度，具体计算方法如式(4)与(5)所示。如图7(c)所示，100%、80%、60%、40%SOC电池释放的能量分别相当于104.63、84.14、51.79、27.33 g TNT的爆炸能量。这一结果表明，电池热失控的危害与SOC呈正相关，即SOC越高，热失控的危害越大。值得注意的是，40%SOC时，电池能量破坏半径仅为3.59 m，而100%SOC时，这一数值增加至5.90 m，相比40%SOC时提升了近64.3%。因此，对于电池热失控的预防和控制策略，应特别关注高SOC条件下的电池状态，以减少潜在的安全风险。

(2)

(3)

(4)

(5)

式中，P_b为电池热失控期间的产热功率，kW；c_b为电池的比热容，本实验电池为0.98 kJ/(kg·K)；m_b为电池的质量，kg；Q_TR为电池热失控时释放的能量，kJ；t_max为电池达到最大温度时的时间，s；t_onset为电池热失控的触发时间，s；W_TNT表示TNT当量，g；η表示爆炸效率，本文取1；H_TNT表示单位TNT的爆炸能量，其变化范围是4437~4765 J/g，本文取4437 J/g；H_R表示单位TNT的破坏半径，取13.6 m；R表示破坏半径，m。

2.1.5 残骸分析

如图8(a)所示，电池的质量损失率随SOC的变化规律与其最高温度的变化趋势一致。在100%、80%、60%、40%SOC条件下，质量损失率分别为22.74%、19.62%、17.62%、16.89%，呈现出随着SOC增加而递增的趋势。这一现象可归因于两个主要因素：首先，SOC越大，内部短路导致更多的电量转化为焦耳热，触发更多的链式副反应，从而导致产气量的增加；其次，高温条件下，电池的铝塑膜可能熔化并黏附在加热膜上，进一步加剧了质量损失。为了深入观察电池热失控后的内部结构变化，本工作采用了CT表征热失控后的残骸形貌。如图8(b)所示，电池内部的极片卷绕结构在热失控后发生了显著的弯曲变形，极片之间出现了大量间隙。值得注意的是，SOC越大，电池的变形程度和极片间隙也越大。这一现象主要归因于热失控过程中剧烈的产气导致内部压力急剧增加，从而引发电池内部结构的膨胀和变形。

如图9所示，为了深入理解电池热失控的特征及其内部反应机制，本工作对热失控后的电池极片进行了SEM表征形貌。在低SOC条件下(40%、60%)，正极材料颗粒呈现出类似粘连的方块状结构。然而，在高SOC条件下(80%、100%)，LiFePO₄正极材料在热失控后的形貌转变为团聚的不规则球状。这一变化表明，在高SOC条件下，电池热失控过程更为剧烈，LiFePO₄正极材料参与的副反应更为严重。同时，高温和延长的退火时间导致材料晶相发生显著变化，引发热失控过程中材料结构的深度演变。对于负极电极，SEM分析揭示了SOC对石墨层状结构的影响。在40%SOC时，石墨负极的层状结构得以保持，但从60% SOC开始，石墨阳极原有的层状结构消失，其形貌转变为许多团聚的球形颗粒。这些立体颗粒的形成与热失控时阳极侧的放热反应密切相关。高温下SEI组分发生分解以及负极插层锂与电解质反应生成Li₂CO₃，是导致这一现象的两个关键因素。此外，随着温度的升高，负极Li与氟化黏结剂反应生成LiF ，进一步加剧了石墨负极的结构变化。值得注意的是，随着SOC的增加，石墨负极的团聚现象更加严重，这表明在高SOC条件下，参与反应的物质增多，热失控反应的严重程度也随之增加。

2.2 不同SOC下电池的排气行为

2.2.1 产气成分分析

由图10所示，电池热失控过程中的主要产气成分包括CO₂、H₂、CO、C₂H₄，并伴随少量CH₄、C₂H₆、C₃H₆、C₃H₈等烃类气体的产生。随着SOC的增加，电池产H₂量呈现上升趋势，分别为26.38%、39.54%、51.39%、57.92%，而CO₂产量则相应下降，分别为60.36%、43.49%、26.57%、19.69%。CO含量在40%～80%SOC时基本一致，但在SOC达到100%时，CO含量显著上升，分析机理如下。

H₂生成机理：电池热失控过程中，阳极在高温下释放出一定量的锂，锂与水反应生成H₂ [(式(6)]，同时产生大量热量。此外，在温度高于260 ℃时，PVDF黏结剂与锂反应并释放H₂ [式(7)]。因此，当SOC增大时，电池负极的活性物质利用率增加，导致热失控过程中更多的活性锂参与反应，从而产H₂量上升，同时，由前面的产热特性对比可知，SOC越高，热失控反应越剧烈，T_max越大，更有利于黏结剂与Li反应生成H₂。所以H₂含量随着SOC的上升而增加。

(6)

=

(7)

CO₂生成机理：CO₂主要来源于SEI层受热分解[式(8)]，SEI层与水[式(9)]、HF [式(10)]反应以及200～280 ℃高温条件下电解液分解反应[式(11)~(13)、Li₂CO₃与HF在高温下反应[式(14)]，电解液与O₂的反应[式(15)~(18)]。

(8)

(9)

(10)

(11)

(12)

(13)

(14)

(15)

(16)

(17)

(18)

CO生成机理：CO主要来源于碳氢化合物的不完全燃烧[式(19)~(22)]，一部分来源于CO₂在负极与锂的反应[式(23)]，电解液溶剂与锂离子反应[式(24)]。而高SOC在负极有更多活性锂，所以100%SOC条件下CO含量最多。

(19)

(20)

(21)

(22)

(23)

(24)

有机碳氢化合物气体生成机理：C₂H₄、CH₄、C₂H₆等有机气体是在电解液还原为碳酸锂、电解液分解反应(200～225 ℃)和正极与电解液放热反应(150～330 ℃)过程中产生的[式(25)~(30)]。

(25)

(26)

(27)

(28)

(29)

(30)

2.2.2 气体爆炸极限

电池热失控过程中产生的大量易燃易爆气体成分，与空气混合时极易形成爆炸性气体混合物，一旦遭遇电火花，将引发爆炸，对储能系统构成重大安全威胁。鉴于电池热失控产生的气体具有高度危险性，本研究采用Le-Chatelier公式计算了电池热失控过程中产气的爆炸上限(upper explosive limit，UEL)与爆炸下限(lower explosive limit，LEL)，如式(31)所示。考虑到实验测量的气体成分中包含多种可燃气体和一种惰性气体(CO₂)，我们采取了Xu等的一种特别的计算方法：将CO₂与一种可燃气体(本实验中为H₂)视为一组，重组为一种新的可燃气体。重组气体在混合气中的体积分数为惰性气体与可燃气体的体积分数之和。

不同SOC条件下电池产气的爆炸极限计算结果如图11(a)所示。具体而言，40%、60%、80%、100%SOC条件下，爆炸范围分别位于10.60%～60.03%、7.12%～59.34%、5.41%～50.44%、5.40%～57.71%，均显著大于普通烃类气体的爆炸范围，这表明电池产气的燃爆风险远高于烃类气体，因此在存在氧化剂和点火条件下，LIB电池产生的气体极易发生燃烧甚至爆炸，造成极大危险。值得注意的是，随着SOC的上升，电池的爆炸上限呈现出先下降后上升的趋势，这与Zhang等研究的电池气体爆炸上限趋势一致。另外，由图11(b)可以发现，爆炸上限与电池生成的碳氢化合物含量趋势相反，这表明虽然电池产生的烃类气体含量低，但依然对爆炸上限影响较大，这主要是因为烃类气体的爆炸上限远远低于H₂和CO导致。

(31)

式中，L_mix为混合气体的爆炸极限，_Vn为可燃气体的体积分数，_Ln可燃气体的爆炸极限。

2.3 误差分析

为了确保实验结果的可靠性，本研究对每个实验都进行了重复实验。各试验组这些关键参数的平均值和标准差如图12(a)～(c)所示，可以看出，所测参数热失控最高温度T_max标准差均小于10%，热失控释放的能量Q_TR的标准差均小于15%，计算得到的破坏半径R的标准差均小于5%，证明了实验的可靠性。此外，如图12(d)所示，各气体成分含量标准差维持在较低水平，说明电池热失控产生的气体也得到了很好的重复。

3 结论

本研究针对100 Ah大容量LFP软包电池在不同SOC下的热失控特性进行了深入探究，通过综合分析电池的过热机制、电压特征、产热特性、残骸特征、气体成分和爆炸极限，得出了以下主要结论。

（1）热失控过程与预警机制：电池热失控过程可细分为四个阶段：过热温度上升、副反应膨胀产气、隔膜收缩与破裂冒烟、热失控剧烈产热产气。电池电压的轻微下降是电池失效的早期预警信号，SOC越高，从电压下降到热失控的预警时间越短。

（2）SOC与热失控能量关系：SOC越大，电池热失控时的最大温度T_max呈现线性上升趋势，且热失控瞬间的温升速率和产热率显著增加，100%、80%、60%、40%SOC电池的峰值产热率分别达到140.34 kW、115.44 kW、14.76 kW和3.91 kW。计算结果显示，100%SOC条件下，电池可释放能量高达464.24 kJ，相当于104.63 g TNT的能量，破坏半径达到5.90 m，相比40%SOC条件下的破坏半径提升了近64.3%。

（3）质量损失与内部结构变化：SOC越大，电池的质量损失率越高，电池的变形程度和内部极片间隙也越大，这归因于热失控过程中剧烈产气导致的内部膨胀。随着SOC的增加，内部副反应加剧，正极LFP材料从方块状转变为团聚的不规则球状，负极石墨结构则从层状转变为团聚的球形颗粒。

（4）产气成分与爆炸风险：电池热失控过程中产生的主要气体包括H₂、CO、CO₂以及少量碳氢化合物。随着SOC的增加，电池产H₂量增加，CO₂量下降。不同SOC条件下，电池产气的爆炸风险均高于普通烷烃气体，且随着SOC的上升，气体爆炸上限先下降后增加。

第一作者：叶锦昊（2001—），男，硕士研究生，研究方向为电池热失控。

通讯作者：侯军辉，工程师，研究方向为电池热失控。

通讯作者：方晓明，研究员，博士生导师，研究方向为复合相变储热材料等。