锂离子电池（LIBs）由于其高能量密度和长循环寿命，是电动汽车（EVs）中最有前途的电化学储能系统之一[[1], [2], [3]]。LIBs的性能不仅影响车辆的续航里程，还影响电池系统的安全性和可靠性。NCM811因其高能量密度和潜在的低成本而被认为是下一代LIBs的有前途的正极材料[4,5]。尽管NCM811 LIBs已实现商业化，但仍有一些问题需要解决。其中一个是由于材料结构变化和界面副反应导致的电化学性能退化；另一个是由于材料热稳定性和界面热生成导致的热失控（TR）。
NCM811正极材料结合了锂镍酸盐、锂钴氧化物和锂锰氧化物材料的优点[6]。在这种材料中，镍主要贡献了高比容量，钴提供了高电位和优化的倍率性能，而锰保持了材料结构的稳定性[7]。最近，通过元素掺杂、颗粒表面涂层和微观结构控制，有效地改善了NCM811正极材料的比容量和循环性能[[8], [9], [10]]。然而，在循环老化过程中，NCM811正极材料可能会发生阳离子混合、界面副反应、颗粒裂纹和粉碎以及晶格氧损失，导致电化学性能退化[[11], [12], [13]]。此外，不同老化温度下电池内部组件的退化机制也有所不同。随着主要内部氧化还原反应的进行，不可避免地会发生一系列副反应，这些反应相互耦合，从而直接影响电池性能。因此，有必要对电池的内部反应过程进行深入研究，包括材料结构变化和界面副反应，以获得关键特征参数，并建立电池性能退化与内部电池组件结构和界面演变之间的关系。
此外，使用NCM811正极材料的LIBs中TR的频繁发生引发了严重的安全问题[14]。LIBs中的TR主要由电极材料的不良热稳定性和循环过程中的界面反应引起[15,16]。大量研究调查了基于NCM的材料的热稳定性和TR机制[[17], [18], [19], [20], [21], [22], [23]]。在热失控过程中，NCM811电池会经历一系列过程，包括固液电解质界面（SEI）分解、负极-电解质反应、隔膜熔化、正极-电解质反应、电解质分解和燃烧[[24], [25], [26], [27], [28], [29]]。这些研究要么关注单一组分的熱稳定性而未考虑全电池的背景，要么依赖外部指标（例如容量衰减、表面温度）。在这里，我们将全电池加速率量热计（ARC）测试与组件级别的热稳定性相结合，以揭示不同的老化路径如何不同程度地影响TR特征温度。这种多尺度、基于机制的方法比以往基于SOH的相关性安全评估提供了更根本的理解。此外，内部组件的TR行为和热稳定性会随着老化而持续演变，这种演变高度依赖于温度[[30], [31], [32], [33]]。高温老化主要通过过渡金属溶解和氧损失降解正极，而低温老化主要通过锂离子沉积和SEI增厚影响负极。这些不同的退化路径可能会对TR特征产生不同的影响，但电化学退化机制与热稳定性演变之间的耦合关系尚不清楚。
在本文中，我们研究了不同老化温度下NCM811电池的老化机制和热稳定性。我们深入研究了电池在循环老化过程中的内部反应过程，并建立了性能退化与内部组件特征参数之间的关系。此外，我们揭示了不同老化温度下TR行为的演变，并研究了材料热稳定性和界面热生成对电池TR特征温度的影响。本研究的结果对电动汽车电池系统的安全管理具有重要意义。通过证明具有相似SOH的电池根据其老化历史可能会表现出截然不同的TR行为，我们的结果挑战了使用单一SOH阈值进行退役决策的传统做法。对于大规模部署，将此类热稳定性指标整合到现有BMS平台中需要解决电池间的热异质性问题。
