2. 热蔓延触发与传播机理

热蔓延不是“一个电芯着火后整包一起烧”这么简单，它是一条有明确起点、路径和门槛的链式过程。要设计阻隔方案，必须先回答三个问题：单个电芯能放出多少热、这些热通过什么路径传给邻居、邻居在什么条件下会被点燃。本节围绕这三问展开，并给出可用于估算的临界参数。

一、单体热失控的产热构成

单体热失控的热量来自多个放热反应的叠加，典型可分为三个阶段：

• 自产热起始（T1，约80～120℃）：SEI膜分解，产热速率低，是早期预警窗口。
• 热失控触发（T2，约130～200℃）：隔膜收缩/熔断引发内短路，负极与电解液反应加速，温升速率骤增。
• 热失控爆发（T3，约200～300℃以上）：正极分解释氧，与电解液剧烈反应，温度可在数秒内冲至600～900℃。

以常见三元方形电芯（容量约50Ah、SOC 100%）为例，其热失控总产热约在 30～60 kJ 量级，峰值产热功率可达 5～15 kW。这个功率密度意味着：如果热量不能快速被吸收或导出，相邻电芯在几十秒内就会越过 T2。

二、传热路径与热阻分布

电芯之间的热量传递主要有三条路径：

1. 固体导热：通过电芯壳体—模组结构件—相邻壳体。这是最主要路径，热阻取决于接触面积、压力和材料导热系数。
2. 对流与辐射：通过电芯间隙中的空气或气体。热失控喷发的高温气体（可达400～800℃）会显著增强这条路径。
3. 热传导+热辐射耦合：在高温阶段（>500℃），辐射换热占比上升，尤其在无填充间隙中不可忽略。

工程上常用“等效热阻”来简化：相邻电芯之间的热阻 R 由壳体导热热阻、界面接触热阻和间隙介质热阻串联组成。减小 R 的手段包括增加接触压力、填充导热绝缘垫、使用高导热结构胶等。

三、相邻电芯触发条件与临界参数

相邻电芯是否被触发，取决于它接收到的热量是否足以使其温度达到 T2。可用一个简化判据描述：

Q_接收 = ∫ (T_热源(t) - T_邻居(t)) / R_等效 dt
触发条件：T_邻居 ≥ T2 且持续时间 ≥ t_临界

其中 t_临界 是邻居在该温度下发生不可逆自加速反应所需的时间，通常为数十秒到数分钟。由此可提炼出四个临界参数：

这些数值随电芯体系、SOC、间隙填充状态变化，实际设计应以实验标定为准。但它们给出了明确的阻隔目标：要么增大 R_等效，要么降低热源温度/持续时间，要么提高 T2。

四、从机理到阻隔设计的映射

理解上述机理后，阻隔设计就有了明确的着力点：

• 增大 R_等效：在电芯间加入低导热、耐高温的隔热垫（如气凝胶、云母板），把热流密度压到 q_临界 以下。
• 降低热源温度：通过定向排气、喷发导流，避免高温气体直接冲刷邻居表面。
• 提高 T2：选用热稳定性更高的正极材料、陶瓷涂覆隔膜，或通过结构设计延缓邻居温升。
• 缩短高温持续时间：利用相变材料或液冷板快速吸热，使邻居在 t_临界 内无法积累足够热量。