על מנת למנוע פריקת יתר או טעינת יתר של הסוללה עקב שימוש לא נכון, מותקן מנגנון הגנה משולש בסוללת הליתיום-יון הבודדת. ראשית, נעשה שימוש באלמנט מתג. כאשר הטמפרטורה בתוך הסוללה עולה, ערך ההתנגדות שלה עולה בהתאם. כאשר הטמפרטורה גבוהה מדי, הוא יפסיק לספק כוח באופן אוטומטי; שנית, נבחר חומר מפריד מתאים. כאשר הטמפרטורה עולה לערך מסוים, המיקרונקבוביות ברמת המיקרון על המפריד יתמוססו אוטומטית, כך שיוני ליתיום לא יוכלו לעבור והתגובה הפנימית של הסוללה נפסקת; שלישית, שסתום בטיחות (חור האוורור בחלק העליון של הסוללה) מוגדר. כאשר הלחץ הפנימי של המצבר עולה לערך מסוים, שסתום הבטיחות נפתח אוטומטית כדי להבטיח את בטיחות המצבר.
לפעמים, למרות שבמצבר עצמו יש אמצעי בקרה בטיחותיים, הבקרה נכשלת מסיבה כלשהי, שסתום הבטיחות חסר או שהגז לא משתחרר מבעד לשסתום הבטיחות בזמן, והלחץ הפנימי של המצבר יעלה בחדות ויגרום לפיצוץ .
באופן כללי, סך האנרגיה המאוחסנת בסוללת ליתיום-יון עומד ביחס הפוך לבטיחות שלה. ככל שעולה קיבולת הסוללה, גם נפח הסוללה גדל, ביצועי פיזור החום שלה מתדרדרים, והאפשרות לתאונה תגדל משמעותית. עבור סוללות ליתיום-יון המשמשות בטלפונים ניידים, הדרישה הבסיסית היא שהסבירות לתאונת בטיחות צריכה להיות פחות מאחד למיליון, וזה גם התקן המינימלי המקובל על הציבור. עבור סוללות ליתיום-יון בעלות קיבולת גדולה, במיוחד עבור מכוניות, חשוב במיוחד להשתמש בפיזור חום מאולץ.
בחר בחומרי אלקטרודה בטוחים יותר, כגון חומרי ליתיום מנגנט. מבחינת המבנה המולקולרי, מובטח שיוני הליתיום של האלקטרודה החיובית משובצים לחלוטין בנקבוביות הפחמן של האלקטרודה השלילית כשהם טעונים במלואם, מה שמונע באופן יסודי היווצרות דנדריטים. יחד עם זאת, המבנה היציב של ליתיום מנגנט הופך את ביצועי החמצון שלו לנמוכים בהרבה מאלו של תחמוצת ליתיום קובלט, וטמפרטורת הפירוק שלו עולה על זו של תחמוצת קובלט ליתיום ב-100 מעלות. גם אם נוצר קצר חשמלי פנימי (ניקור מחט) או קצר חשמלי חיצוני עקב כוח חיצוני, ניתן למנוע לחלוטין את סכנת הבעירה והפיצוץ הנגרמת על ידי משקעים של ליתיום מתכתי במהלך טעינת יתר.
בנוסף, שימוש בחומרי ליתיום מנגנט יכול גם להוזיל מאוד עלויות.
כדי לשפר את הביצועים של טכנולוגיות בקרת בטיחות קיימות, יש לשפר תחילה את ביצועי הבטיחות של תאי סוללת ליתיום-יון, דבר שחשוב במיוחד עבור סוללות בעלות קיבולת גדולה. בחר דיאפרגמה עם ביצועי כיבוי תרמי טובים. תפקידה של הדיאפרגמה הוא לאפשר מעבר של יוני ליתיום תוך בידוד האלקטרודות החיוביות והשליליות של הסוללה. כשהטמפרטורה עולה, היא נסגרת לפני שהסרעפת נמסה, כך שההתנגדות הפנימית עולה ל-2000 אוהם, ועוצרת את התגובה הפנימית.
כאשר הלחץ או הטמפרטורה הפנימיים מגיעים לסטנדרט שנקבע מראש, השסתום חסין הפיצוץ ייפתח ויתחיל לשחרר את הלחץ כדי למנוע הצטברות גז פנימית מוגזמת, דפורמציה, ובסופו של דבר לגרום לקליפה להתפוצץ.
שפר את רגישות הבקרה, בחר פרמטרי בקרה רגישים יותר והשתמש בשליטה משותפת של מספר פרמטרים (זה חשוב במיוחד עבור סוללות בעלות קיבולת גדולה). עבור ערכות סוללות ליתיום-יון בעלות קיבולת גדולה, הן מורכבות ממספר תאים בסדרה/מקבילה. לדוגמה, המתח של מחשב נייד הוא מעל 10V והקיבולת גדולה. בדרך כלל, 3 עד 4 תאים בודדים בסדרה יכולים לעמוד בדרישות המתח, ואז 2 עד 3 ערכות סוללות בסדרות מחוברות במקביל כדי להבטיח קיבולת גדולה יותר.
חבילות סוללות בעלות קיבולת גדולה עצמן חייבות להיות מצוידות בפונקציות הגנה שלמות יותר, ויש לקחת בחשבון גם שני מודולי מצע מעגלים: מודול מצע מעגל הגנה (לוח הגנה PCB) ומודול לוח מד סוללה חכם. עיצוב הגנת הסוללה המלא כולל: IC הגנה ברמה ראשונה (למניעת טעינת יתר של הסוללה, פריקת יתר וקצר חשמלי), IC הגנה ברמה שנייה (למניעת מתח היתר השני), נתיך, מחוון LED, התאמת טמפרטורה ורכיבים נוספים.
תחת מנגנון ההגנה הרב-שכבתי, גם אם יש תקלה במטען החשמל או במחשב הנייד, סוללת המחשב הנייד יכולה לעבור רק למצב ההגנה האוטומטית. אם המצב אינו חמור, הוא יכול לעבוד כרגיל לאחר חיבור מחדש ולא יתפוצץ.
הטכנולוגיה הבסיסית המשמשת בסוללות הליתיום-יון המשמשות במחשבים ניידים וטלפונים ניידים אינה בטוחה, ויש לשקול מבנה בטוח יותר.
בקיצור, עם התקדמות הטכנולוגיה החומרית והעמקת ההבנה של אנשים לגבי הדרישות לתכנון, ייצור, בדיקה ושימוש של סוללות ליתיום-יון, סוללות ליתיום-יון יהפכו בטוחות יותר בעתיד.