研究背景 锂离子电池因高能量密度被广泛应用，但其热失控问题日益突出，严重威胁使用安全。热失控过程涉及电解液分解、链式反应及气体释放等多阶段复杂反应，不同电解质体系和锂盐添加剂对热行为的影响机制尚不明确。传统实验方法难以揭示微观反应路径和自由基演化规律。因此，亟需结合实验与模拟手段，系统研究电解质组成及 LiPF6 浓度对热失控的调控机制，为提升电池热安全管理提供理论依据。 研究方法 本研究选取三种不同电解液体系的软包磷酸铁锂电池，通过加速量热仪进行 3C 过充实验，分析热失控过程中的温度分布和气体组成。采用 ReaxFF-MD 模拟不同 EC/DEC/DMC 配比及LiPF6浓度（0%、5%、10%）下的电解液燃烧过程，追踪反应物、中间产物及自由基演化，识别关键基元反应路径。结合 DFT 计算电解液分子及络合物的静电势、前线轨道能级和弱相互作用，从电子层面揭示不同组分对热失控链反应的调控机制。 图1 电解质分子反应系综 图2 DFT 分析：(a) 不同电解质与 LiPF6 的静电势；(b) 不同电解质、LiPF6 及其配合物的 HOMO-LUMO 轨道；(c) 关键基元反应的反应速率；(d) 分子反应动力学中关键基元反应的电荷分布；(e) 配合物的 IRI 弱相互作用 主要研究结论 本研究揭示了不同电解质体系及 LiPF6 浓度对锂离子电池热失控行为的调控机制。实验结果表明， LF653465 电池热失控发展最快（仅 600.5 s 达到峰值温度），而 LF5820117 电池热稳定性相对较高。气体分析显示，热失控后主要产生 CO、CO2、H2、CH4、C2H4 等气体，其比例差异反映了不同溶剂的分解路径特征。 基于 AMS 软件的 ReaxFF-MD 模拟发现，纯 EC 体系主要通过碳酸酯环开环引发链反应（R4: C3H4O3 = C2H4 + CO3），能垒为 0.1637 […]

研究背景 软包锂电池因其轻量化、高能量密度等特点被广泛应用于新能源领域，但在过充等滥用条件下易发生热失控，引发火灾或爆炸，严重威胁使用安全。现有研究多集中于宏观热行为，缺乏对电解液微观分解机制及电池材料热稳定性的深入理解。尤其是不同正极材料（如 NCM 和 LFP）在热失控过程中的气体生成、温度演化及反应路径差异尚不明确。因此，亟需结合实验与微观模拟手段，揭示软包电池过充热失控的微观反应机理，为电池安全设计提供理论支撑。 研究方法 本研究以 NCM 和 LFP 两种软包锂电池为对象，通过 2C 过充实验，结合加速量热仪与气相色谱分析，研究其热失控过程中的质量损失、温度演化及气体组成。在此基础上，采用反应力场分子动力学模拟六种电解液体系的热解过程，分析反应物、中间产物及终产物的演化规律，识别关键基元反应路径。同时，结合密度泛函理论计算电解液分子的静电势、前线轨道能级及电荷密度分布，从电子层面揭示不同溶剂分子的结构稳定性与反应活性。 图1 ReaxFF 反应体系初始构型 图2 反应路径分析 主要研究结论 本研究揭示了 NCM 与 LFP 软包锂电池在过充条件下的热失控行为及微观反应机制。实验结果表明，两种电池在过充后均经历温度持续上升、加速、达到峰值及结构破坏的过程，最终释放以 CO2、CO、H2 为主的混合气体。NCM 电池热失控峰值温度达 825 K，发生起火，质量损失达 54.99 g；LFP电池峰值温度仅 574 K，仅发生失效而未起火，质量损失为 21.45 g，表明LFP正极材料具有更高的热稳定性。 使用 AMS 软件中的 ReaxFF-MD 模拟结果显示，EC 分子最早完成分解，LiPF6 的加入延缓了各溶剂的分解时间；EMC显著延长DMC的分解时间，并提高体系氧消耗率，可能是驱动剧烈氧化反应的关键组分。DMC 在所有体系中分解最晚，热稳定性最高。DEC 的加入对反应路径影响有限，但促进了 C2H5 等自由基的生成。LiPF6 对整体反应路径影响较小，路径比例变化低于 10%。中间产物均呈现“生成—积累—消耗”趋势，C2H4 主要源于 EC/DMC 体系，C2H5 仅出现在含 DEC 体系中。 使用 […]