鋰是化學周期表上直徑最小也最活潑的金屬。體積小所以容量密度高，廣受消費者與工程師歡迎。但是，化學特性太活潑，則帶來了極高的危險性。鋰金屬暴露在空氣中時，會與氧氣萌生猛烈的氧化反應而爆炸。為了提升安全性及電壓，科學家們發(fā)明了用石墨及鈷酸鋰等材料來儲存鋰原子。這些材料的分子結(jié)構(gòu)，形成了奈米等級的細小儲存格子，可用來儲存鋰原子。這樣一來，即使是電池外殼破碎，氧氣進入，也會因氧分子太大，進不了這些細小的儲存格，使得鋰原子不會與氧氣接觸而避免爆炸。鋰電池的這種原理，使得人們在獲得它高容量密度的同時，也達到安全的目的。

 

 

鋰電池充電時，正極的鋰原子會喪失電子，氧化為鋰離子。鋰離子經(jīng)由電解液游到負極去，進入負極的儲存格，并獲得一個電子，還原為鋰原子。放電時，整個程序倒過來。為了戒備電池的正負極筆直碰觸而短路，電池內(nèi)會再加上一種擁有眾多細孔的隔膜紙，來戒備短路。好的隔膜紙還可以在電池溫度過高時，自動封閉細孔，讓鋰離子無法穿越，以自廢武功，戒備危險發(fā)生。

 

 

保護措施

 

 

鋰離子電池芯過充到電壓高于4．2V后，會開始萌生副作用。過充電壓愈高，危險性也跟著愈高。鋰電芯電壓高于4．2V后，正極材料內(nèi)剩下的鋰原子數(shù)量不到一半，此時儲存格常會垮掉，讓電池容量萌生永久性的下降。如果持續(xù)充電，由于負極的儲存格已經(jīng)裝滿了鋰原子，后續(xù)的鋰金屬會堆積于負極材料表面。這些鋰原子會由負極表面往鋰離子來的方向長出樹枝狀結(jié)晶。這些鋰金屬結(jié)晶會穿過隔膜紙，使正負極短路。有時在短路發(fā)生前電池就先爆炸，這是因為在過充過程，電解液等材料會裂解萌生氣體，使得電池外殼或壓力閥鼓漲破碎，讓氧氣進去與堆積在負極表面的鋰原子反應，進而爆炸。因此，鋰離子電池充電時，一定要設定電壓上限，才可以同時兼顧到電池的壽命、容量、和安全性。最理想的充電電壓上限為4．2V。

 

 

鋰電芯放電時也要有電壓下限。當電芯電壓低于2．4V時，部分材料會開始被破壞。又由于電池會自放電，放愈久電壓會愈低，因此，放電時最好不要放到2．4V才停止。鋰離子電池從3．0V放電到2．4V這段期間，所釋放的能量只占電池容量的3％左右。因此，3．0V是一個理想的放電截止電壓。

 

 

充放電時，除了電壓的限制，電流的限制也有其必要。電流過大時，鋰離子來不及進入儲存格，會集中于材料表面。這些鋰離子獲得電子后，會在材料表面萌生鋰原子結(jié)晶，這與過充一樣，會造成危險性。萬一電池外殼破碎，就會爆炸。

 

 

因此，對鋰電池的保護，至少要蘊含：充電電壓上限、放電電壓下限、及電流上限三項。一般鋰離子電池包內(nèi)，除了鋰離子電池芯外，都會有一片保護板，這片保護板主要就是提供這三項保護。但是，保護板的這三項保護顯然是不夠的，全球鋰離子電池爆炸事件還是頻傳。