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鋰電池充電時，正極的鋰原子會喪失電子，氧化為鋰離子。鋰離子經由電解液游到負極去，進入負極的儲存格，並獲得一個電子，還原為鋰原子。放電時，整個程序倒過來。為了防止電池的正負極直接碰觸而短路，電池內會再加上一種擁有眾多細孔的隔膜紙，來防止短路。好的隔膜紙還可以在電池溫度過高時，自動關閉細孔，讓鋰離子無法穿越，防止危險發生。
圖1 鋰電池工作原理圖
鋰電池電壓高於4.2V後，會開始產生副作用。過充電壓愈高，危險性也跟著愈高。鋰電池電壓高於4.2V後，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，讓電池容量產生永久性的下降。如果繼續充電，由於負極的儲存格已經裝滿了鋰原子，後續的鋰金屬會堆積於負極材料表面。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產生氣體，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。當電芯電壓低於2.4V時，部分材料會開始被破壞。又由於電池會自放電，放愈久電壓會愈低，因此，放電時最好不要放到2.4V才停止。鋰電池從3.0V放電到2.4V這段期間，所釋放的能量只佔電池容量的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，會聚集於材料表面。這些鋰離子獲得電子後，會在材料表面產生鋰原子結晶，這與過充一樣，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。一般鋰電池組內，除了鋰電池芯外，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。
以上講到了不正當使用鋰電池所導致的鼓脹與爆炸原因，除此之外還有極片吸水與電解液發生反應而產生氣體、電解液本身的質量問題、電池內部微短路、殼體缺陷等原因。
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