由于錯誤使用會減少壽命，甚至可能導致爆炸，所以，鋰離子電池設計時增加了多種保護機制。
1、保護電路
防止過充、過放、過載、過熱。
2、排氣孔
因其具有防爆炸功能，電池界業內人士也稱為防爆孔或防爆線。原理十分簡單，在殼體表面劃出一條比殼體表面厚度稍微薄一點的線或孔，當電芯短路時，電池內部短時間內將產生大量氣體并迅速增大壓強，當壓力過載時，因防爆孔薄于殼體其余地方，氣體便防爆孔處泄氣，從而達到避免電芯整體爆炸的危險。
3、隔膜
隔離電芯正、負極片，以防止卷芯內部正、負極片直接接觸造成短路；從微觀角度看，隔膜表面為網狀結構，通常有PP、PE之分，也有PE、PP復合在一起的。
區分隔膜通常按厚度、寬度進行劃分，鋁殼鋰離子電池使用的隔膜厚度通常為16um、18um、20um等，動力電池使用的隔膜厚度以30um以上為主流。
若按形狀區分則有卷狀、條狀之分。卷狀隔膜就是將裁剪好寬度的隔膜卷在一個紙筒上，供客戶自行裁剪隔膜單條長度（形狀與透明膠相似）。條狀隔膜則由供應商按客戶提供的長、寬、厚等參數，直接裁剪好成條狀的隔膜。卷狀隔膜的優點在于通用性強，但需增加人力進行裁剪，條狀隔膜優點在于無需人力裁剪即可使用，但是通用性不強。
隔膜在電池內部溫度過高時還能融化，以防止電池爆炸。當電池內部溫度達到130℃（鋰離子電池國家標準GB18287-2000）以上時，隔膜的網狀孔將閉合，阻止鋰離子通過升高內阻(至2kΩ)，以達到阻止電芯內部溫度繼續升高的作用，從而保護電芯產生爆炸的危險。
排氣孔、隔膜一旦激活，電池將永久失效。
4、鋰電池鼓殼
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，會與氧氣產生激烈的氧化反應而爆炸。 為了提升安全性及電壓，科學家們發明了用石墨及鈷酸鋰等材料來儲存鋰原子。這些材料的分子結構，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，即使是電池外殼破裂，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。
鋰離子電池的這種原理，使得人們在獲得它高容量密度的同時，也達到安全的目的。 鋰離子電池充電時，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，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，以自廢武功，防止危險發生。