三元锂电池从层状相到尖晶石相的相转变温度分别为245℃、235℃、185℃和135℃，尖晶石相存在的温度区间逐步缩减，表明随着Ni含量提高NCM热稳定性逐渐降低。更为重要的是，从NCM523到NCM811，材料的热稳定性呈现急剧降低的趋势。伴随材料相转变，大量的氧被释放出来。可以看到NCM811的氧释放量最大，是其他几款材料的数倍之多。目前的研究表明，在全电池体系中NCM相转变往往发生在颗粒表层，且释放的氧会以高活性的单线态氧1O2形式存在，后者同电解液反应既会释放大量热量，还会产生大量气体，从而进一步恶化电池安全。
磷酸铁锂电池在温度至少高于230℃条件下才会出现显著的失重，由此表明LFP具有良好的热稳定性。正如前文所述，橄榄石结构的LFP的良好热稳定性源于其结构中磷酸基，Fe-P-O键远强于层状结构NCM中的Ni-O、Co-O和Mn-O键，因此LFP较NCM有着更好的热稳定性。
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