本研究探究了锂离子电池在不同滥用方式及高倍率充放电条件下的热失控（TR）行为，并评估了老化效应对热稳定性的影响。实验对1C至4C倍率循环后的电池进行了过充、压缩-加热耦合及针刺测试。 C. 高倍率充电会引发严重的电极颗粒粉碎与界面失稳，进而导致更早的热失控起始、更快的温升速率，包括电压骤降与剧烈放热现象。分析表明倍率与热失控动力学呈非线性关系，温升速率最高增加205%，表观活化能降低42.6%。通过SEM/XPS/ICA观察到界面重构与相变现象，电极孔隙率增大且化学演变使分解能降低0.23 电子伏特。动态机械分析（DMA）与增量容量分析（ICA）进一步揭示了容量衰减与内阻之间的指数关联，在4 摄氏度循环条件下将热失控触发阈值降低15.8%。这些发现凸显了管控高倍率运行对确保电池安全性的必要性，为优化电池设计及降低各类滥用场景风险提供了关键指导。 C cycling. These findings underscore the imperative of managing high-rate operations to ensure battery safety, providing crucial guidance for optimizing battery design and mitigating risks across varied abuse scenarios.
随着技术的飞速发展，可持续绿色能源的开发已成为推动社会进步的关键驱动力（Zhang and Wei, 2025; Pan et al., 2023; Pan et al., 2025）。锂离子电池凭借其高能量密度、高工作电压及长循环寿命等优势（Guo et al., 2024; An et al., 2025），被广泛应用于便携式电子设备、新能源汽车及电化学储能电站等领域（Wang et al., 2024a; Nie et al., 2024）。然而，电池安全问题随其快速发展日益凸显。当电池遭受滥用条件时，其内部化学反应与物理变化会触发大量热量积聚，进而引发过热、起火（Wang et al., 2025a; Wang et al., 2024b）甚至爆炸（Shan et al., 2024; Zhou et al., 2025），对人类生命财产安全构成严重威胁。 为应对这些安全隐患并阐明其内在机理，学界已针对各类滥用条件引发的热失控（TR）现象开展了广泛研究。Norian（Norian, 2013）发现，在充放电阶段，电池电容会随着荷电状态（SOC）降低而减小。Liang等（Liang et al., 2019）研究了锂离子电池在过充电状态下的电化学行为与产热特性，为优化设计与热管理提供了理论基础。Feng等（Feng et al., 2021）则...研究聚焦于过充安全性，探究电池健康状态（SOH）对热失控（TR）行为的影响，并分析过充协议对老化电池的作用机制。在机械滥用方面，学者们已系统研究了压缩与针刺等典型场景。Le等（Le et al., 2015）揭示了炭黑微粒（CBMP）改性锂离子电池的循环性能与机械滥用响应特性。Bai团队（Bai et al., 2021）发现增大压缩力会显著缩短热失控触发时间及喷射火焰持续时间。Qi等（Qi et al., 2023）则进一步...采用分析技术研究了压缩引发热失控（TR）后的电池残留物，识别出可用于判断压缩导致失效的典型特征。此外，Mao等（Mao et al., 2018）通过钉刺实验研究了锂离子电池热失控行为，发现其发生概率与严重程度与荷电状态（SOC）呈相关性。Wang等（Wang et al., 2020）结合实验、数值模拟和隔膜热分析，系统研究了钉刺引发的热失控机制。Spotnitz等（Spotnitz and Franklin, 2003）则...基于放热反应组与关键参数，本研究针对五种锂离子电池滥用场景（烘箱加热、短路、过充、针刺及机械挤压）开发了预测模型。然而，既往研究常将滥用场景孤立处理或变更电芯类型，降低了结果可比性。本研究通过系统考察同类型高倍率循环电池在多种滥用模式下的热失控（TR）行为，填补了这一研究空白。 快速充电技术预计将成为下一代电池应用的主要驱动力；然而，研究表明充放电速率的提升会显著降低锂离子电池的热稳定性，并加速热失控的发生（Huang等，2025a）。理解这些苛刻条件下的老化机制对于确保电池使用过程中的寿命和可靠性至关重要。然而，功率密度的显著提高也增加了火灾和爆炸的风险。在此背景下，Ouyang等（Ouyang等，2024）与Zhang等（Zhang等研究表明，高倍率循环会加速结构失稳，其退化速率与充放电电流呈线性相关。作者指出，尽管长期高倍率循环的老化电池通常比新电池产生更多热量，但在严苛条件下其总产热量有所降低。Mathias等学者（Petzl等，2015）论证了低温条件下锂沉积的自抑制机制，并通过建立电化学老化模型推进了健康管理策略的发展。此外，Liu等（Liu等，2022a）...系统比较了固体电解质界面相（SEI）生长与锂镀层对过充诱发热失控（TR）的影响，揭示了电解液耗竭的关键作用。Yang等人（Yang et al., 2022）通过原位实验揭示了轻微过充电池中老化机制与热失控特性的内在关联。Zhang与Wang团队（Zhang et al., 2022b; Wang et al., 2021）发现高倍率循环——尤其在低温或超高倍率放电条件下——会通过破坏离子传输而加速电池老化。然而现有研究多聚焦热条件下SEI/石墨的退化，对多场耦合效应的认识仍显不足。 关于过充倍率对电池安全性的影响，Ye等人(Ye et al., 2016)的研究表明，提高过充倍率会缩短热失控(TR)的起始时间。Xie等人(Xie et al., 2020)则考察了不同倍率(0.5 C、1.5 C、2.0 C)和环境压力对电池热失控（TR）的影响，发现更高的倍率和更低的压力会导致更早发生TR，但TR的剧烈程度有所降低。类似地，Huang等人（Huang等人，2024年）与Wang等人（Wang等人，2025b年）指出，更高充电倍率与荷电状态（SOC）水平通常会加剧TR严重性并加速失效。Bian等人（Bian等人，2020年）进一步探究了18650电池组在高倍率充电过程中的TR传播现象。目前缺乏关于高倍率循环历史如何影响不同滥用条件下TR行为的系统性研究。关于过充、压缩和针刺过程中倍率诱发老化与热响应之间的耦合效应，现有研究仍显不足。大多数现有工作局限于单一触发因素（热、机械或电）。因此，本研究旨在确定高倍率充放电循环如何影响锂离子电池在多性向滥用条件下的热失控行为。对100% SOC软包电池进行了多组滥用实验，通过红外热成像技术同步监测电压、温度、读档及形变等关键参数，以解析热失控过程。
