锂离子电池以其高能量密度、高环保、高循环寿命等优点,在各个领域广泛应用。然而,锂离子电池在长期的充放电循环过程中由于锂枝晶、机械滥用等客观诱因,可能会触发热失控而产生大量有毒或高度可燃性气体,导致后续剧烈的火灾或爆炸。因此,实时分析热失控气体对锂离子电池热失控早期预警、安全性评估和安全管理等具有重要意义。针对上述挑战,本文以气体拉曼光谱技术为核心,开发锂离子电池热失控全过程的气体原位在线检测方法,实时捕获其关键气体标志物,以精准解析热失控的动态演化机理。本文主要开展了以下三方面的研究:1.针对电池热滥用恶劣和不受控制的环境,自主搭建高灵敏拉曼气体分析系统。论文确定了拉曼气体分析系统的最优实验参数,实时捕获热失控过程中所释放的气体组分,从数据中揭示了电池热失控释放的主要气体成分为CO2、CO、H2、CH4、C2H4、C3H6以及电解液溶剂,并分别构建了各组分的化学计量学模型。结果表明,气体拉曼光谱技术可在秒级时间内对锂离子电池热失控气体进行多组分分析,成为其热失控机理研究的强大工具。2.研究了NCA锂离子电池热失控气体实时释放特性,揭示了荷电状态（state of charge,SOC）和受限空间大小对锂离子电池热解气体安全性的影响规律。研究结果表明,受限空间越小、SOC越高的电池释放气体总量越多,爆炸极限越宽,表现出更高的爆炸危险性和更低的燃烧效率。此外,根据电池电压和温度的曲线,进一步将整个热失控过程分为5个阶段。分析了气体最高温度随着电池SOC增加呈现先降低后增加的异常趋势,讨论了电池SOC和受限空间对热滥用事件的17种关键参数的影响规律。结果表明受限空间越小、SOC越高的电池热稳定性更低、热失控更剧烈、越早出现热失控特征故障信号、应急处理时间越少。3.选择了不同SOC下LCO、NCM111和NCM811电池为研究对象,比较分析NCM811电池的热安全性,提出联用GC-MS和拉曼光谱技术的气体检测新方法,揭示了电池热滥用中关键时刻释放气体详细成分、主要释放气体成分以及气体爆炸极限危险性的动态变化。研究结果表明,验证了SOC对不同电池热安全性的影响呈现一致性,即SOC越高,电池热稳定性越差,热失控越剧烈,释放的气体量以及气体种类越多,气体危险性更高。同时CO2、CO、H2、CH4、C2H4以及C3H6的释放量随着SOC的增加而增加,高SOC电池热失控气体表现出更危险的毒性和可燃性。相比于LCO电池、NCM111电池,NCM811电池热稳定性更差,热失控更剧烈,释放出的气体量更多,100%SOC的NMC811电池引起的最大超压和释放的气体量分别为452.2 k Pa、5.59 L。NCM811电池热失控生成的CO2、CO、H2和CH4的气体量以及爆炸极限范围明显高于另外两种电池,NCM811电池释放气体的爆炸上限最高达到了76.93%。GC-MS检测结果表明三种电池热滥用早期均出现CO、CO2及C3H6O3气体。LCO、NCM111和NCM811三种阴极材料的电池分别在安全阀开启后的第49 s、45.5 s以及28 s左右检测到气体浓度达到爆炸极限范围。