隨著全球能源轉型的加速和清潔能源需求的增長，出現了許多先進的儲能技術。固態電池、鈉離子電池和金屬空氣電池等新型系統因其更高的理論能量密度或經濟和環境優勢而受到廣泛關注[1]。然而，鋰離子電池（LIBs）仍然是儲能領域的主流選擇。作為一種高效、輕便且可充電的技術[2]，[3]，LIBs具備高能量密度、長循環壽命、低自放電率、無記憶效應以及優異的倍率性能[4]，[5]，[6]等綜合特性。自1991年首次商業化以來，LIBs已被廣泛應用于消費電子、電動汽車、便攜式醫療設備和大規模儲能系統等多個領域[7]，從而推動了技術進步并促進了可持續能源利用。受雙碳目標的驅動，鋰電池正逐漸成為下一代交通能源系統和智能電網基礎設施的核心組成部分[8]。根據國際能源署（IEA）的預測，到2030年，電動汽車和儲能系統中對鋰電池的需求預計將呈指數級增長[9]。

隨著LIBs性能的不斷提升，安全問題也日益突出。統計報告顯示，僅在2022年第一季度，中國就記錄了640起電動汽車火災事件，同比增長32%，超過了交通運輸相關火災的平均增長率[10]。熱失控（TR）作為最嚴重的安全隱患之一，已成為阻礙LIBs大規模應用的關鍵障礙[11]，[12]，[13]。為了從根本上降低這些風險，迫切需要深入理解TR的前兆機制。LIBs中的TR通常會經歷幾個特征階段，從初始的溫度升高現象逐漸發展為災難性故障。TR過程中伴隨的序列反應所涉及的溫度范圍取決于充電狀態（SOC）、正極組成和隔膜特性。在初始加熱階段（25–80°C），外部熱源或內部副反應引起的溫度升高會破壞固體電解質界面（SEI），導致某些組件軟化。在SEI退化階段（80–120°C），SEI發生嚴重破壞，釋放出CO?、H?和C?H?等氣體。由于鋰插入能力不足，會發生鋰沉積，導致枝晶形成和內部電阻增加。同時，隔膜收縮，從而增加了內部短路（ISC）的風險。在電解質反應和分解階段（120–200°C），負電極上的電化學活性鋰與電解質發生放熱反應。與此同時，正電極的表面結構變得熱力學不穩定，逐漸引發晶格氧的釋放。當溫度超過150°C時，電解質會發生加速且劇烈的分解，釋放大量CO、CO?和可燃烴類氣體。同時，隔膜熔化，導致ISC的形成。在正極材料分解階段（150–310°C），正極金屬氧化物（如LiCoO?）的晶體結構崩塌。氧與電解質和負極碳材料發生劇烈氧化反應，導致大量熱量釋放和溫度迅速升高。最終，LIB進入災難性失控階段（>300°C）。隔膜完全失效，石墨電極與粘合劑發生反應，持續產生氣體產物。內部溫度急劇上升，氣體壓力驟增，電池外殼可能破裂，可能導致爆炸和火災[14]，[15]，[16]，[17]，[18]，[19]。在TR誘導因素的影響下，LIBs中TR的典型階段性演化過程如圖1所示。

TR是電池安全事故中最具破壞性的現象。其演化過程既復雜又突然，通常從輕微的初始異常逐漸加劇[20]，[21]，最終演變為無法控制的劇烈反應甚至爆炸[22]，[23]。準確捕捉TR的早期跡象，從而實現TR過程的預測和可視化[24]，[25]，已成為電池安全管理中的核心挑戰[26]。

在這種背景下，能夠準確捕捉電池運行過程中關鍵物理化學參數（如溫度分布、氣體演化、應力和結構變化）的操作過程中的監測技術[27]，[28]，[29]，[30]，引起了廣泛的研究關注[31]。與傳統的事后破壞性分析[32]相比，操作過程中的監測具有實時數據采集、最小化結構侵入和高時空分辨率等優點。它已成為揭示TR前兆機制和進行多尺度安全評估的關鍵方法[33]，[34]，[35]。展望未來，多模態操作過程診斷技術的整合將實現材料、組件和系統層面的多層次熱風險感知和精確早期預警[36]，[37]。

早在2003年，Spotnitz等人[37]就率先對鋰離子電池在不同濫用條件下的行為進行了建模，為理解TR的觸發和傳播奠定了理論基礎。隨后，隨著表征技術的進步，Finegan等人[38]利用高速同步輻射X射線計算機斷層掃描直接可視化了TR過程中電極分層、結構坍塌和材料噴射的動態演化。這些開創性工作強調了TR是一個伴隨著結構損傷和多維信號釋放的復雜過程。近年來，多項綜合性研究對LIBs中的TR操作過程監測技術進行了探討，每項研究都側重不同的視角。例如，Xie等人[39]系統地回顧了基于TR過程中關鍵參數變化的LIB監測傳感器技術，同時結合了多種實際應用場景。Hu等人[40]分析了TR機制，并總結了三大類TR早期預警技術的發展現狀。Pan等人[41]進行了更深入的回顧，重點關注內部電池溫度監測技術。盡管這些研究為TR觸發機制和特定信號的操作過程監測技術提供了寶貴的見解，但在不同濫用場景下TR前兆機制的統一理解、多源操作過程監測技術的系統評估框架以及電池老化對監測性能的影響等方面仍存在顯著差距。

本研究從四個互補的維度進行了系統回顧：機制統一性、技術綜合性、框架整合性和研究空白分析。（1）在機制層面，通過比較分析三種代表性的濫用條件（即電氣濫用、機械濫用和熱濫用），本研究提煉出了不同場景下TR前兆機制的統一演化路徑。（2）在監測技術層面，現有的操作過程監測方法被系統地分為五大類，包括電化學信號、機械信號、氣體釋放、熱力學響應以及結構和形態演化。以在線適用性和機理可解釋性為主要評估標準，本研究比較了不同操作過程監測技術在早期預警響應、時空分辨率、結構侵入性和工程部署可行性方面的優勢與局限性。此外，還討論了電池老化對監測性能的影響。（3）在系統層面，本研究提出了“機制–監測–行動”（MMA）集成框架，建立了微觀退化過程、直接可觀測的操作過程監測信號和工程響應策略之間的連貫聯系。（4）關于研究局限性和未來方向，本研究總結了現有研究中的共同約束，并明確指出了具體的、可行動的研究空白。總體而言，本研究旨在為LIBs操作過程監測技術的研究和應用提供機理清晰性和結構化的分析框架，從而支持電池安全和可靠性的提升。