電池熱失控都是由于電池的生熱速率遠高于散熱速率，且熱量大量累積而未及時散發出去所引起的。從本質上而言，熱失控是一個能量正反饋循環過程：升高的溫度會導致系統變熱，系統變熱后溫度升高，又反過來讓系統變得更熱。不嚴格的劃分，電池熱失控可以分為三個階段：

不同種類鋰離子電池熱失控反應動力學機制研究

第1階段：電池內部熱失控階段

由于內部短路、外部加熱，或者電池自身在大電流充放電時自身發熱，使電池內部溫度升高到90℃～100℃左右，鋰鹽LiPF6開始分解；關于充電狀態的碳負極化學活性非常高，接近金屬鋰，在高溫下表面的SEI膜分解，嵌入石墨的鋰離子與電解液、黏結劑會發生反應，進一步把電池溫度推高到150℃，此溫度下又有新的劇烈放熱反應發生，例如電解質大量分解，生成PF5,PF5進一步催化有機溶劑發生分解反應等。

第2階段：電池鼓包階段

電池溫度達到200℃之上時，正極材料分解，釋放出大量熱和氣體，持續升溫。250-350℃嵌鋰態負極開始與電解液發生反應。

第3階段：電池熱失控，爆炸失效階段

在反應發生過程中，充電態正極材料開始發生劇烈分解反應，電解液發生劇烈的氧化反應，釋放出大量的熱，出現高溫和大量氣體，電池發生燃燒爆炸。