鋰離子電池電芯過充到電壓高于4.2V后，會開始出現副用途。過充電壓愈高，危險性也跟著愈高。鋰電芯電壓高于4.2V后，正極材料內剩下的鋰原子數量不到一半，此時儲存格常會垮掉，讓電池容量出現永久性的下降。假如繼續充電，由于負極的儲存格已經裝滿了鋰原子，后續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晶。這些鋰金屬結晶會穿過隔膜紙，使正負極短路。有時在短路發生前電池就先爆炸，這是因為在過充過程，電解液等材料會裂解出現氣體，使得電池外殼或壓力閥鼓漲破裂，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，會聚集于材料表面。這些鋰離子獲得電子后，會在材料表面出現鋰原子結晶，這與過充相同，會造成危險性。萬一電池外殼破裂，就會爆炸。

因此，對鋰離子電池的保護，至少要包含：充電電壓上限、放電電壓下限、及電流上限三項。一般鋰離子電池組內，除了鋰離子電池芯外，都會有一片保護板，這片保護板重要就是供應這三項保護。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。要確保電池系統的安全性，必須對電池爆炸的原因，進行更仔細的分析。

電池爆炸原因:

1:內部極化較大.

2:極片吸水,與電解液發生反應氣鼓.

3:電解液本身的質量,性能問題.

4:注液時候注液量達不到工藝要求.

5:裝配制程中激光焊焊接密封性能差,漏氣，測漏氣時漏測.

6:粉塵,極片粉塵首先易導致微短路.

7:正負極片較工藝范圍偏厚,入殼難.

8:注液封口問題,鋼珠密封性能不好導致氣鼓.

9:殼體來料存在殼壁偏厚,殼體變形影響厚度.

爆炸類型分析

電池芯爆炸的類形可歸納為外部短路、內部短路、及過充三種。此處的外部系指電芯的外部，包含了電池組內部絕緣設計不良等所引起的短路。

當電芯外部發生短路，電子組件又未能切斷回路時，電芯內部會出現高熱，造成部分電解液汽化，將電池外殼撐大。當電池內部溫度高到135攝氏度時，質量好的隔膜紙，會將細孔關閉，電化學反應終止或近乎終止，電流驟降，溫度也慢慢下降，進而防止了爆炸發生。但是，細孔關閉率太差，或是細孔根本不會關閉的隔膜紙，會讓電池溫度繼續升高，更多的電解液汽化，最后將電池外殼撐破，甚至將電池溫度提高到使材料燃燒并爆炸。

內部短路重要是因為銅箔與鋁箔的毛刺穿破隔膜，或是鋰原子的樹枝狀結晶穿破膈膜所造成。這些細小的針狀金屬，會造成微短路。由于，針很細有一定的電阻值，因此，電流不見得會很大。銅鋁箔毛刺系在生產過程造成，可觀察到的現象是電池漏電太快，多數可被電芯廠或是組裝廠篩檢出來。而且，由于毛刺細小，有時會被燒斷，使得電池又恢復正常。因此，因毛刺微短路引發爆炸的機率不高。

這樣的說法，可以從各電芯廠內部都常有充電后不久，電壓就偏低的不良電池，但是卻鮮少發生爆炸事件，得到統計上的支持。因此，內部短路引發的爆炸，重要還是因為過充造成的。因為，過充后極片上到處都是針狀鋰金屬結晶，刺穿點到處都是，到處都在發生微短路。因此，電池溫度會逐漸升高，最后高溫將電解液氣體。這種情形，不論是溫度過高使材料燃燒爆炸，還是外殼先被撐破，使空氣進去與鋰金屬發生激烈氧化，都是爆炸收場。

但是過充引發內部短路造成的這種爆炸，并不一定發生在充電的當時。有可能電池溫度還未高到讓材料燃燒、出現的氣體也未足以撐破電池外殼時，消費者就終止充電，帶手機出門。這時眾多的微短路所出現的熱，慢慢的將電池溫度提高，經過一段時間后，才發生爆炸。消費者共同的描述都是拿起手機時發現手機很燙，扔掉后就爆炸。

綜合以上爆炸的類型，我們可以將防爆重點放在過充的防止、外部短路的防止、及提升電芯安全性三方面。其中過充防止及外部短路防止屬于電子防護，與電池系統設計及電池組裝有較大關系。電芯安全性提升之重點為化學與機械防護，與電池芯制造廠有較大關系。

四、設計規范

由于全球手機有數億只，要達到安全，安全防護的失敗率必須低于一億分之一。電路板的故障率一般都遠高于一億分之一。因此，諸多鋰離子電池廠家電池系統設計時，必須有兩道以上的安全防線。常見的錯誤設計是用充電器(adaptor)直接去充電池組。這樣將過充的防護重任，完全交給電池組上的保護板。雖然保護板的故障率不高，但是，即使故障率低到百萬分之一，機率上全球還是天天都會有爆炸事故發生。

電池系統如能對過充、過放、過電流都分別供應兩道安全防護，每道防護的失敗率假如是萬分之一，兩道防護就可以將失敗率降到一億分之一。常見的電池充電系統方塊圖如下，包含充電器及電池組兩大部分。①充電器又包含適配器(Adaptor)及充電控制器兩部分。適配器將交流電轉為直流電，充電控制器則限制直流電的最大電流及最高電壓。②電池組包含保護板及電池芯兩大部分，以及一個PTC來限定最大電流。

適配器交流變直流文字方塊：電控制器限流限壓文字方塊:充電器文字方塊:保護板過充、過放、過流等防護文字方塊:電池組文字方塊:限流片文字方塊:電池芯以手機電池系統為例，過充防護系統利用充電器輸出電壓設定在4.2V左右，來達到第一層防護，這樣就算電池組上的保護板失效，電池也不會被過充而發生危險。第二道防護是保護板上的過充防護功能，一般設定為4.3V。這樣，保護板平常不必負責切斷充電電流，只有當充電器電壓異常偏高時，才要動作。過電流防護則是由保護板及限流片來負責，這也是兩道防護，防止過電流及外部短路。由于過放電只會發生在電子產品被使用的過程。因此，一般設計是由該電子產品的線路板來供應第一到防護，電池組上的保護板則供應第二道防護。當電子產品偵測到供電電壓低于3.0V時，應該自動關機。假如該產品設計時未設計這項功能，則保護板會在電壓低到2.4V時，關閉放電回路。