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。
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 AMS 软件中的 ADF 模块进行 DFT 计算进一步揭示，DMC 的 ELUMO-EHOMO 值最大，电子密度呈对称分布，结构最稳定；EMC 的 LUMO 能级最低，导电性最强。静电势分析表明，负电区域主要集中在氧原子周围，是电子富集区，C、H 原子呈中性或略带正电。本研究从宏观与微观层面系统揭示了软包电池热失控的演化规律与反应机制，为锂电池安全设计与热失控防控提供了理论依据。
参考文献
- Thermal runaway behaviors and microscopic reaction mechanism of lithium-ion batteries under the overcharge condition, Chemical Engineering Science, 2026, 321, 122967, DOI: 10.1016/j.ces.2025.122967