锂离子电池热失控会严重的威胁使用者的生命和财产安全，引起锂离子电池热失控的原因很多，例如机械滥用、电滥用和热滥用等，其中电滥用是最为常见的导致锂离子电池热失控的原因，例如在低温下为锂离子电池充电，过度充电都会引起金属Li在负极表面析出，严重的情况下会生长为锂枝晶，穿透隔膜引起正负极短路，导致热失控的发生。LCO材料理论容量为274mAh/g左右，通常为了保持LCO材料结构的稳定性，我们一般会将充电电压设定在4.2V左右，在发生过充时LCO材料的电压会进一步提高，从而导致过量的Li从LCO材料中脱出，例如充电到4.6V时LCO材料的脱Li量可达220mAh/g以上，这不仅仅会导致负极析Li，还会引起LCO材料的不可逆相变。

伦敦大学学院（感谢读者朋友的提醒，确实应翻译为伦敦大学学院）的DonalP. Finegan等人对在过充导致的锂离子电池热失控中LCO材料材料结构和形貌的变化进行了研究， 高温下LCO会与电解液分解产生大量的气体，引起电芯结构的变形，同时分解反应还会导致LCO材料颗粒的破碎，引起新的界面漏出，加剧分解反应。

实验中采用的锂离子电池为Turnigy nanotech的160mAh软包锂离子电池，其正极材料LCO材料，负极采用石墨材料，实验过充中采用3A的电流对电池进行持续的过充，一直到电池发生热失控。下图b为该电池在持续过充过程中电池表面温度和电压变化的曲线，从图中能够看到在前110s过程中电池温度缓慢的从20℃升高到40℃，随后电池的电压曲线出现了一个平台，在120s后，电池的电压开始再次快速上升，同时伴随着电池的温度的快速上升。在180s后电池的电压也是出现了一个阶跃，直接升高到设备的最高电压，在这一过程中电池的温度也短时间内大幅升高，达到热成像相机的最高温度以上，电池发生热失控。

若手机流量有限，可以先看以下几个关键现象的动图，等在WIFI下再看视频。

（具体视频见文后）

150s左右，软包电池的边缘开始裂开

180s左右，裂口进一步扩大，开始有大量烟冒出

197s左右，电池热失控

在电池的温度和电压发生变化的同时电池内部的结构也在发生改变，从下图的CT照片能够看到过充80s后电池的温度达到40℃后，电解液和SEI膜分解产生的气体已经开始导致电池发生膨胀，在120s后电池的膨胀进一步加剧，电芯的外层开始出现正极活性物质分层和剥离，在160s时电芯内部已经出现了大量的LCO材料剥离的现象，这也表明电解液此时已经大量气化，同时LCO也开始大量分解产生气体。

为了详细的分析在热失控过程中锂离子电池内部结构的变化，Donal P. Finegan还通过CT技术对热失控前后的电池结构进行了重建（如下图所示），其中灰色部分表示LCO，黄色部分为Cu集流体。从下图b中我们能够看到在热失控后在电芯的底部和上部都出现了Al颗粒，这是在热失控的过程中LCO和电解液分解产生的气体从电芯中冲出的过程中将熔化的Al带到电芯的外部，重新凝固形成的，表明电池发生热失控时电池内部的温度要高于660℃（Al的熔点）。

Li0.5CoO2材料材料在高于130℃后会与电解液发生分解反应（如下式1所示）产生CO2和H2O，在温度高于150℃时Li0.5CoO2材料还能够与电解液发生反应生成LiCoO2、Co3O4、CoO甚至是Co（如下式2、3、4所示），反应过程中产生的CO2还会进一步与LiCoO2产生反应（如下式5所示）。

上述的反应大部分发生在LCO与电解液的界面，因此LCO颗粒的形貌对于其热稳定性具有重要的影响，Donal P. Finegan利用CT技术对于反应后的LCO电极的结构进行了重构（如下图所示），从下图中我们LCO材料在热失控中微观结构遭到了严重的破坏，分解反应产生的金属Co（绿色部分）会从颗粒表面剥离，将新的LCO颗粒表面暴漏出来，从而进一步加剧分解反应。

在电池中间的位置由于温度很高，同时又存在大量的电解液，因此LCO能够最终分解为金属Co，但是在靠近电池表面的位置由于温度相对较低，因此LCO并不会分解成为金属Co，而是分解成较为稳定的Co3O4和CoO，从而导致LCO颗粒的体积收缩，因此我们能够在靠近电池表面的位置观察到大量的破碎的LCO颗粒（如下图所示）。

热失控过程中LCO材料的分解反应导致LCO颗粒的破碎，从而产生更小的颗粒，因此从粒度分布上我们也能够看到热失控对于LCO材料的影响。从下图中的粒度分布能够看到，在热失控之前LCO材料的D50大约在3.87um左右，在发生热失控后LCO材料的D50出现了明显的下降，位于中间位置的LCO材料D50位1.99um，位于外表的LCO材料D50位1.97um，比初始值下降了一半，表明热失控中LCO材料发生了颗粒破碎的现象。

Donal P. Finegan的工作很好的还原了LCO电池的在热失控中电芯结构的变化，以及导致电芯结构变化的因素。LCO材料在高温下能够与电解液发生分解反应，一方面会产生大量的气体，引起电芯的变形和LCO材料的剥离，此外分解反应还会导致LCO材料发生分解和破碎，导致新的表面漏出进一步加剧分解反应。

热失控的热成像视频如下：