发布日期：2025-07-23 13:09:51 热失控是锂电池安全领域最严峻的挑战之一。一旦触发，电池内部能量在极短时间内剧烈释放，温度急剧攀升至数百摄氏度，伴随起火甚至爆炸风险。仅依赖温度或电压等单一参数，难以在早期可靠捕捉热失控的萌芽信号。
要在灾难发生前赢得宝贵的处置时间窗口，必须深入理解并精准监测热失控过程中产生的关键“信号分子”——特别是氢气（H2）、一氧化碳（CO）、乙烯（C2H4）等特征气体，以及温度、电压的异常变化。
当电池内部发生异常反应，特定气体的产生和浓度变化是最直接、最灵敏的早期预警信号。它们如同电池内部发出的“求救信号”。
1.H2（氢气）：电解液分解的明确标志
热失控初期，常用有机溶剂如碳酸乙烯酯（EC）、碳酸二甲酯（DMC）等在高温或内部短路产生的强还原环境下极易发生分解反应，产生大量氢气。
监测价值：H2浓度的显著升高是电池内部存在严重副反应（如电解液大规模分解）的强烈指示，灵敏度极高，是预警的关键前哨。
2.CO（一氧化碳）：电解液氧化的产物
当电池内部存在局部过热或氧气参与反应时（如正极材料释氧），电解液溶剂会发生氧化反应，生成一氧化碳。
监测价值：CO的出现常与电池内部氧化过程相关，其浓度变化趋势可辅助判断热失控发展阶段及反应类型（还原性或氧化性主导）。
3.C2H4（乙烯）：负极SEI膜崩溃的信号
在温度达到约90-120°C范围时，负极表面的固体电解质界面膜（SEI膜）开始不稳定分解。
SEI膜主要成分（如碳酸锂、烷基碳酸锂等）分解会产生乙烯气体。
监测价值：C2H4的析出是SEI膜大规模分解、锂离子电池内部“第一道防线”崩溃的明确信号，标志着热失控链式反应进入加速阶段，是重要的中期预警指标。
4.VOC（挥发性有机物）：早期预警的关键窗口
在热失控正式爆发前的更早阶段（如轻微过充、内部微小短路、局部过热），电池内部已开始产生复杂的低浓度有机气体混合物。
这些VOC可能包含烷烃、烯烃、醛类、酯类等多种小分子。
监测价值：VOC的出现往往早于主要特征气体（如H2、C2H4）的大量释放。
捕捉这些细微、多样的VOC浓度异常，可为热失控提供宝贵的早期预警窗口，是实现“早发现、早处置”的核心环节。
除了气体信号，电池物理状态的突变同样是热失控进程的重要指示。
1.温度骤升：能量失控释放的表征
当热失控反应链被充分触发，电池内部产热速率远超散热能力，导致温度以极快速度上升（典型特征：温升速率>1°C/s，甚至可达10°C/s以上）。
国标《电动汽车用动力蓄电池安全要求》（GB38031-2020）将温升速率作为判断热失控发生的关键判据之一。
监测价值：温升速率是判断热失控是否已进入剧烈、不可逆阶段的最直观物理指标。
但需注意，当监测到温度急剧升高时，热失控往往已发展到中后期，留给处置的时间非常有限。
2.电压突降：内短路的强烈特征
内部短路是触发热失控最常见的原因之一。
当电池内部正负极因隔膜失效等原因直接接触，形成大电流通路，电池电压会在极短时间内（毫秒至秒级）发生显著下降或跌落至接近0V。
监测价值：电压的突然大幅下降是电池发生严重内部短路的直接证据，是热失控即将或正在发生的关键预警信号。
尤其在排除外部短路因素后，电压突降的诊断价值极高。
热失控是一个复杂、多阶段演变的链式反应过程。单一指标的监测存在局限性：
H2虽灵敏，但某些电池体系或早期阶段释放量可能不足。
温度骤升是明确信号，但此时可能已错过最佳干预时机。
电压突降虽特征明显，但未必在所有热失控场景（如纯粹外部加热引发）的早期出现。
真正的可靠性来自于关键气体指标（H2、CO、C2H4、VOC等）与物理参数指标（温度、电压）的协同监测与联合诊断：
1.覆盖全链条：VOC提供最早预警，H2/C2H4等气体确认内部化学反应加剧，温升速率/电压突变确认能量剧烈释放和内短路发生，形成从早期、中期到爆发期的完整监测链条。
2.交叉验证：多种信号同时出现或按特定顺序出现，可显著降低误报率（如仅温度传感器偶发故障），提高预警置信度。
3.精准判断阶段：不同指标的组合模式有助于更精确地判断热失控当前所处的阶段和严重程度，为采取针对性的冷却、隔离或灭火措施提供决策依据。
鉴知技术简介：
北京鉴知技术有限公司是一家以光谱检测技术为核心的专业公司。基于高灵敏度拉曼光谱技术及智能定量算法，开发了在线气体分析仪和在线拉曼分析仪，已在精细化工，生物制药，钢铁冶金等行业的工艺在线监测中大量使用，为用户显著提升工艺效率和产能。
常见问题：
1.为什么单靠温度监测不够可靠？
温度显著升高通常发生在热失控中后期，此时内部反应已非常剧烈，留给安全系统响应的时间极短。而早期气体释放（如VOC、少量H2）可提供更早的预警窗口。
2.H2和C2H4，哪个预警更早？
一般而言，H2（来自电解液分解）和某些VOC的出现可能略早于C2H4（来自SEI膜分解）。但具体顺序受电池化学体系、触发方式（内短路vs.外部加热）等因素影响，需综合判断。
3.监测这些气体需要复杂设备吗？
现代传感器技术已能实现对这些关键气体的实时、在线、小型化监测。
基于半导体、电化学或红外原理的气体传感器被广泛应用于电池包安全监测系统中。
4.气体监测能否完全阻止热失控？
早期气体监测的核心目标是提供尽可能早的预警，触发电池管理系统（BMS）执行冷却、断电、报警等应急措施，争取将热失控遏制在萌芽状态或延缓其发展，为乘员逃生和外部救援争取宝贵时间。它不能保证100%阻止已剧烈发生的热失控。
5.除了提到的气体，还有其他重要指标吗？
有。例如二氧化碳（CO2）也是常见产物（尤其在后期）；氟化氢（HF）在含氟电解液分解时产生，腐蚀性强且剧毒，是重要的安全风险指标。此外，压力变化也是重要辅助监测参数。
总结：
电池热失控监测的核心在于构建一张灵敏可靠的早期预警网络。
氢气（H2）、一氧化碳（CO）、乙烯（C2H4）及挥发性有机物（VOC）等关键气体是指示内部化学反应的关键“信使”，其浓度变化提供了从潜伏期到爆发期的连续信号。
温度骤升和电压突降则清晰表征了物理状态的剧变。
单一指标存在盲区，H2、CO、C2H4、VOC与温度、电压参数的联动监测与交叉验证，方能最大限度提升预警可靠性，为电池系统安全筑起坚实防线。
理解并精准捕捉这些指标，是防范锂电池重大安全风险的科学基石。
