Sau khi pin lithium được sạc quá mức đến điện áp cao hơn 4,2V, các tác dụng phụ sẽ bắt đầu xảy ra. Điện áp quá tải càng cao thì rủi ro càng cao. Khi điện áp của pin lithium cao hơn 4,2V, chưa đến một nửa số nguyên tử lithium còn lại trong vật liệu cực âm. Lúc này, ô lưu trữ thường xuyên bị sập, dẫn đến dung lượng pin bị giảm vĩnh viễn. Nếu tiếp tục sạc, vì tế bào lưu trữ của điện cực âm đã chứa đầy các nguyên tử lithium, kim loại lithium tiếp theo sẽ tích tụ trên bề mặt vật liệu điện cực âm. Những nguyên tử lithium này sẽ phát triển các tinh thể đuôi gai từ bề mặt âm sang hướng của các ion lithium. Những tinh thể kim loại lithium này sẽ đi qua giấy màng và làm đoản mạch các điện cực dương và âm. Đôi khi, pin sẽ phát nổ trước khi xảy ra hiện tượng đoản mạch. Điều này là do trong quá trình sạc quá mức, chất điện phân và các vật liệu khác sẽ bị nứt tạo ra khí, khiến vỏ pin hoặc van áp suất bị phồng lên và vỡ ra, khiến oxy đi vào và phản ứng với các nguyên tử lithium tích tụ trên bề mặt âm rồi phát nổ. Do đó, khi sạc pin lithium, phải đặt giới hạn điện áp trên để tính đến tuổi thọ, dung lượng và độ an toàn của pin. Giới hạn trên tối ưu của điện áp sạc là 4,2V. Cũng cần có giới hạn điện áp thấp hơn khi xả hết pin lithium. Khi điện áp di động thấp hơn 2,4V, một số vật liệu sẽ bắt đầu bị hỏng. Vì pin sẽ tự xả nên thời gian xả càng lâu thì điện áp sẽ càng thấp. Vì vậy, tốt nhất không nên dừng ở mức 2,4V trong quá trình phóng điện. Trong khoảng thời gian từ 3.{11}}V đến 2,4V, năng lượng do pin lithium giải phóng chỉ chiếm khoảng 3% dung lượng pin. Do đó, 3.0V là điện áp cắt phóng điện lý tưởng.
Trong quá trình sạc và xả, ngoài việc hạn chế điện áp, việc hạn chế dòng điện cũng cần thiết. Khi dòng điện quá lớn, các ion lithium không có thời gian đi vào tế bào lưu trữ và sẽ tập trung lại trên bề mặt vật liệu. Sau khi các ion lithium này thu được electron, các nguyên tử lithium sẽ kết tinh trên bề mặt vật liệu, giống như hiện tượng tích điện quá mức sẽ gây nguy hiểm. Nếu vỏ pin bị vỡ, nó sẽ phát nổ.
Do đó, việc bảo vệ pin lithium-ion ít nhất phải bao gồm ba mục: giới hạn trên của điện áp sạc, giới hạn dưới của điện áp phóng điện và giới hạn trên của dòng điện. Nhìn chung, trong bộ pin lithium, ngoại trừ cell pin lithium, sẽ có một tấm bảo vệ, chủ yếu cung cấp ba biện pháp bảo vệ này. Tuy nhiên, ba biện pháp bảo vệ này của tấm bảo vệ rõ ràng là không đủ. Các vụ nổ pin lithium vẫn thường xuyên xảy ra trên khắp thế giới. Để đảm bảo an toàn cho hệ thống ắc quy, nguyên nhân gây nổ ắc quy phải được phân tích kỹ hơn.
