利用隔膜自然切斷電路
圖5：隔膜的表面
通過SEM觀察，隔膜表面分布著許多微孔。微孔內存留有電解液，形成電極間離子導電的通道。
隔膜也在LIB的安全對策中扮演著重要角色。隔膜通常使用聚乙烯（PE）微孔膜。從PE隔膜表面的SEM照片來看，直徑為亞微米等級的PE原纖維（比纖維還細的叫作“原纖維”）形成了類似于無紡布的薄墊，上面也有許多亞微米等級的微孔（圖5）。
充放電時Li+（鋰離子）會穿過微孔，在正負極之間移動。當電池溫度因誤操作等原因異常升高時，根據分子量的不同，PE會在120～130℃的溫度下熔化，堵塞微孔。從而使鋰離子無法移動，斷開充電或放電電流。這種現象叫作“隔膜切斷”。
理論雖然如此，實際卻沒有這么順利。比如說，個人電腦電源等采用的直徑18mm×65mm的“18650”電池使用面積約為350～400cm2的兩片隔膜。面積如此之大的隔膜很難整片同時切斷。同時切斷意味著要讓具有相當大范圍軟化點的PE在達到某一特定溫度后，所有區域同時軟化。
而且，如果單是局部軟化，反而會令問題變得嚴重。發生局部軟化時，鋰離子會集中從微孔沒有封閉的部分穿過，在該部位形成大電流。而且，軟化的PE強度低，很容易破裂（叫作“擊穿”），甚至會導致正負極“直接短路”，非常危險。
靠朋友解決了問題
既然如此，要怎么解決呢？答案其實很簡單：采用結晶性聚合物作為隔膜。結晶性聚合物沒有模糊不清的軟化點，取而代之的是明確的熔化溫度，也就是熔點。利用特殊溶劑將分子量極大的PE（超高分子量PE）制成凝膠，沿垂直的兩個方向拉伸凝膠膜（雙向拉伸），即可得到合適的薄膜（微孔膜）。這種薄膜由高結晶性的原纖維構成，具有明確的熔點（例如130℃左右）。另一個好處是，超高分子量PE的熔體黏度極大，而且幾乎沒有流動性，因此，擊穿溫度可以比切斷溫度高出幾十℃。
我們為了找到具備這種特性的隔膜，進行了各種各樣的試制，但一直沒有得到好的結果。最終，還是靠一位朋友解決了問題。1991年12月25日，就在研發人員束手無策的時候，我們拿到了似乎可行的隔膜。這簡直就是圣誕老人送來的圣誕禮物，這位“圣誕老人”就是筆者高中時代的同學半澤進。
筆者與半澤在北海道札幌市的一所高中同窗三年。1991年的時候，他擔任制造隔膜的東燃化學公司的董事。之后的進展十分順利。半澤帶來的隔膜雖然也有不足之處，但我們一起努力，優化了拉伸強度、厚度、孔徑分布、多孔度、透氣度等性質，最終達到了可投入實用的水平。
利用PTC元件避免切斷
機械連接和隔膜一旦啟動，電池就將報廢。因此，我們還為LIB加入了一個可逆的安全裝置，就是PTC元件。PTC是Positive Temperature Coefficient（正溫度系數）的縮寫，具備正溫度梯度，由碳顆粒在聚合物基體中分散形成。在常溫下，碳顆粒相互接觸，元件的電阻低。隨著電池溫度升高，聚合物基體將發生膨脹，碳顆粒之間的接觸減少。這會使元件的電阻增大，從而切斷充放電電流，此時的溫度叫作“跳閘”溫度。PTC元件夾在引線斷路器與正極蓋之間。溫度降低后，元件的電阻恢復原狀，因此，可以把PTC元件看作是可逆的溫度開關。
如上所述，隔膜的切斷溫度約為130℃。只要把PTC元件的跳閘溫度設置為低于這個溫度，例如100～110℃，當出現異常升溫時，可逆開關PTC元件將首先啟動。這樣一來，就能避免隔膜切斷導致電池永久報廢。
但這里要提醒大家，有看法認為，可逆的溫度開關會導致LIB在沒有找到異常發熱真正原因的情況下就重新投入使用，反而有可能造成危險。
安全機構的最后一道堡壘是保護電路，也就是BMU（battery management unit）。BMU屬于電子電路，可以附加豐富的功能。其基本作用是通過監控電池的狀態，預防過充電、過放電等故障。
而且，除了安全機構，我們還設置了嚴格的供貨前檢查。要進行各種測試，只有合格的批次才能出廠。舉例來說，在穿釘測試中，釘子將貫穿整塊電池；擠壓測試中會用垂直于電池的鋼棒將電池壓扁到直徑的約1/4，出現起火或冒煙即為不合格。關于穿釘測試，由于釘子的粗細、插入的速度和插入的電池部位會影響測試的結果，因此測試是在最嚴苛的條件下進行的。
綜上所述，我們為LIB采取了多重安全對策，并且實施多項嚴格測試，只供應合格的批次。盡管如此，LIB的事故還在發生。
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