Литий-ионная батарея (а точнее, литий-ионный аккумулятор) по сути своей — электрохимический элемент, в котором протекает обратимая химическая реакция с процессом высвобождения и обратного захвата ионов лития.
При разряде Li-ion происходит частичное извлечение ионов лития из углеродного материала (на отрицательном электроде) и их осаждение оксид на положительном электроде, при заряде - наоборот. Когда реакция происходит в рамках паспортных напряжений (обычно для литиевых элементов это 2,7-4,2 вольта), электроды сохраняют свою кристаллическую структуру и возможность обратной реакции.
При превышении напряжения заряда на отрицательном электроде на поверхности углеродной матрицы происходит осаждение металлического лития, обладающего высокой химической активностью, а на положительном электроде начинается активное выделение кислорода, поддерживающего горение. Реакция происходит с активным выделением тепла, как следствие — термический разгон, повышение давления и разгерметизация аккумулятора (или даже взрыв).
При глубоком разряде происходит извлечение ионов лития из анода и катодное восстановления лития в виде дендритов, что вначале исключает из электрохимической реакции некоторое количество активной массы. По мере роста дендриты способны проколоть разделяющий катод и анод диэлектрик и вызвать короткое замыкание, которое может привести к термическому разгону при последующей зарядке.