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一、過充

過充電通過破壞電極結(jié)構(gòu)、催生鋰枝晶刺穿隔膜，形成內(nèi)短路，進而觸發(fā)不可逆的熱失控鏈式反應(yīng)。這一過程不僅源于電化學(xué)反應(yīng)的失衡，更與材料熱穩(wěn)定性、電池設(shè)計（如隔膜性能、散熱能力）密切相關(guān)。因此，電池管理系統(tǒng)（BMS）的過充保護功能、電極材料的熱穩(wěn)定優(yōu)化，是預(yù)防該類事故的關(guān)鍵。

正常充電時，鋰離子在正負極間有序移動。但過充電時，正極材料（如鈷酸鋰）會因過度“丟” 鋰離子而結(jié)構(gòu)崩塌，釋放氧氣；負極則因接受了足夠的鋰離子后，多余的鋰會在表面像樹枝一樣生長，形成尖銳的“鋰枝晶”。電池中間的隔膜像一層紙，用來隔開正負極。鋰枝晶越長越尖，會戳破隔膜，讓正負極直接接觸，形成 “內(nèi)短路”。此時電池內(nèi)部電流突然變大，局部溫度瞬間升高。內(nèi)短路產(chǎn)生的高溫會點燃一系列危險反應(yīng)。

當鋰電池發(fā)生過充電時，正極材料晶格結(jié)構(gòu)發(fā)生畸變，處于熱力學(xué)不穩(wěn)定狀態(tài)的過渡金屬氧化物開始分解，釋放出高活性的氧氣。這些氧氣迅速擴散至電解液中，與含有碳酸酯類有機溶劑（如碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯等）的電解液發(fā)生劇烈氧化還原反應(yīng)。在自由基鏈式反應(yīng)驅(qū)動下，反應(yīng)速率呈指數(shù)級增長，瞬間釋放出大量反應(yīng)熱，使局部溫度急劇升高，為熱失控的發(fā)生提供初始熱源。

二、過放

當鋰電池發(fā)生過放電時，其正極材料晶格結(jié)構(gòu)會因電化學(xué)應(yīng)力產(chǎn)生不可逆破壞，材料顆粒破碎后形成尖銳的活性物質(zhì)碎片。這些碎片穿透隔膜后，將在正負極之間建立導(dǎo)電通路，引發(fā)內(nèi)短路故障。短路電流產(chǎn)生的焦耳熱會觸發(fā)電池內(nèi)部的熱分解、SEI 膜分解及電解液氧化等一系列放熱副反應(yīng)，當產(chǎn)熱速率超過散熱能力時，便會導(dǎo)致電池熱失控。

在正常放電工況下，鋰離子通過電解質(zhì)與隔膜組成的傳輸通道從負極脫嵌并嵌入正極。當發(fā)生過放電過程時，正極材料的鋰化程度突破熱力學(xué)穩(wěn)定區(qū)間，其層狀晶體結(jié)構(gòu)中的鋰離子發(fā)生過度脫嵌，引發(fā)晶格畸變與結(jié)構(gòu)坍塌，形成具有銳利棱角的活性物質(zhì)碎片；與此同時，負極材料因持續(xù)的鋰離子脫嵌導(dǎo)致層間應(yīng)力失衡，層狀結(jié)構(gòu)發(fā)生扭曲與斷裂，進而引發(fā)金屬鋰的不可逆析出。盡管該過程形成的鋰沉積物相較于過充電形成的鋰枝晶在形態(tài)上缺乏規(guī)則性，但其產(chǎn)生的不規(guī)則鋰顆粒仍對電池內(nèi)部安全構(gòu)成顯著威脅。

三、防護

避免過充過放引發(fā)鋰電池內(nèi)短路，需從技術(shù)防護、使用規(guī)范、材料優(yōu)化等多維度入手，核心是控制電壓邊界與溫度閾值，即“電壓 - 溫度雙控。BMS 與充電器構(gòu)筑硬件防線，用戶規(guī)范使用是基礎(chǔ)，而材料升級（如固態(tài)電池）和結(jié)構(gòu)優(yōu)化（熱隔離）則從本質(zhì)上提升安全性。就像開車時既要遵守限速（電壓邊界），也要檢查剎車（BMS 保護），才能最大限度降低事故風險。