电池热失控是由于电池的发热率远高于散热率，大量热量积聚但未及时消散。从本质上讲，“热失控”是一个能量正反馈循环过程：温度的升高会导致系统升温，当系统升温时，温度升高，进而使系统更热。在没有严格划分的情况下，电池热失控可分为三个阶段：

不同类型锂电池热失控反应动力学机制的研究

第1阶段：电池内部热失控阶段

在大电流充放电过程中，由于内部短路、外部加热或电池自身加热，电池内部温度上升到90℃至100℃左右，锂盐LiPF6开始分解；碳负极在充电状态下的化学活性非常高，接近金属锂。在高温下，表面的SEI膜分解，嵌入石墨中的锂离子与电解质和粘合剂发生反应，进一步将电池温度推至150℃。在这个温度下，会发生新的剧烈放热反应，如大量的电解质分解，产生PF5，PF5进一步催化有机溶剂的分解反应等。

第2阶段：电池鼓阶段

当电池温度达到200℃以上时，正极材料分解，释放出大量的热量和气体，不断升温。嵌锂负极在250-350℃时开始与电解质反应。

第3阶段：电池热失控和爆炸故障阶段

在反应过程中，带电的正极材料开始发生剧烈的分解反应，电解质发生剧烈的氧化反应，释放大量热量，产生高温和大量气体，导致电池燃烧爆炸。

锂离子电池材料的安全性

负极材料

尽管负极材料相对稳定，但处于锂嵌入状态的碳负极将在高温下与电解质反应。负极与电解质之间的反应包括以下三个部分：SEI的分解；嵌入负极中的锂与电解质之间的反应；嵌入负极中的锂与粘合剂之间的反应。在室温下具有电子绝缘的SEI膜可以防止电解质的进一步分解反应。但在100℃左右，SEI膜会发生分解反应。SEI放热分解反应的反应式如下：

尽管SEI分解反应的热量相对较小，但其初始反应温度较低，这将在一定程度上增加负极的“燃烧”扩散速率。

锂离子电池中各种放热反应的温度范围和反应焓

在更高的温度下，负极表面失去SEI膜的保护，嵌入负极中的锂将直接与电解质溶剂反应产生C2H4O，C2H4O可能是乙醛或环氧乙烷。嵌入锂的石墨在300℃以上的温度下与熔融的PVDF-HPF共聚物发生以下反应：

反应热随着锂插入的程度而增加，并且随着粘合剂的类型而变化。通过成膜添加剂或锂盐提高其热稳定性。减少嵌入负极中的锂与电解质之间的反应热的方法包括两个方面：减少嵌入负极的锂和降低负极的比表面积。减少嵌入负极中的锂的量意味着正极和负极的比例必须是适当的，负极的过量量为约3%至8%。减小负极的比表面积也可以有效地提高电池的安全性。据文献报道，当碳负极材料的比表面积从0.4m2·g-1增加到9.2m2·g-1时，反应速率增加了两个数量级

但如果表面积太低，会降低电池的倍率性能和低温性能。这需要合理设计负极结构和优化电解质配方，以提高锂离子在负极中的固态扩散速率，获得具有良好离子导电性的SEI膜。此外，尽管负极中粘合剂的重量比很小，但其与电解质的反应热相当大。因此，减少粘结剂的用量或选择合适的粘结剂将有利于提高电池的安全性能。

通过对专利的分析，文献还认为，解决碳负极材料安全性的主要方法是降低负极材料的比表面积，提高SEI膜的热稳定性。国内现有专利申请中涉及改进负极材料和结构以提高电池安全性能的技术。