Η πρωτοποριακή δουλειά των μπαταριών λιθίου ξεκίνησε το 1912 υπό τον GN Lewis, αλλά στις αρχές της δεκαετίας του 1970 άρχισαν να χρησιμοποιούνται εμπορικά οι πρώτες μη επαναφορτιζόμενες μπαταρίες λιθίου. Το λίθιο είναι το ελαφρύτερο από όλα τα μέταλλα, παρέχοντας το μεγαλύτερο ηλεκτροχημικό δυναμικό και την υψηλότερη ενεργειακή πυκνότητα κατά βάρος.
Οι προσπάθειες ανάπτυξης επαναφορτιζόμενων μπαταριών λιθίου απέτυχαν λόγω προβλημάτων ασφαλείας. Η έρευνα στράφηκε στη χρήση ιόντων λιθίου αντί μεταλλικού λιθίου σε μη μεταλλικές μπαταρίες λιθίου λόγω της εγγενούς αστάθειας του μετάλλου λιθίου, ειδικά κατά τη φόρτιση. Αν και η ενεργειακή πυκνότητα ήταν ελαφρώς χαμηλότερη από το μέταλλο λιθίου, τα ιόντα λιθίου είναι ασφαλή, εφόσον λαμβάνονται ορισμένες προφυλάξεις κατά τη φόρτιση και την εκφόρτιση. Το 1991, η Sony κυκλοφόρησε στο εμπόριο την πρώτη μπαταρία ιόντων λιθίου. Το παράδειγμά τους ακολούθησαν και άλλοι κατασκευαστές.
Το ιόν λιθίου έχει τυπικά διπλάσια ενεργειακή πυκνότητα από το τυπικό νικέλιο-κάδμιο. Έχει τη δυνατότητα για ακόμη μεγαλύτερη ενεργειακή πυκνότητα. Τα χαρακτηριστικά εκφόρτισής του είναι αρκετά καλά και έχει παρόμοια απόδοση με το νικέλιο-κάδμιο στην απόρριψη. Η υψηλή τάση μπαταρίας των 3,6 βολτ επιτρέπει τη σχεδίαση πακέτων μπαταριών χρησιμοποιώντας μόνο ένα στοιχείο. Τα περισσότερα από τα σημερινά κινητά τηλέφωνα λειτουργούν με μία μόνο μπαταρία. Ένα πακέτο με βάση το νικέλιο θα απαιτούσε τρεις κυψέλες 1,{6}}volt συνδεδεμένες σε σειρά.
Η μπαταρία ιόντων λιθίου είναι μια μπαταρία χαμηλής συντήρησης, ένα πλεονέκτημα που οι περισσότερες άλλες χημικές εταιρείες δεν μπορούν να ισχυριστούν. Δεν υπάρχει μνήμη και δεν απαιτείται προγραμματισμένη ποδηλασία για να παρατείνει τη διάρκεια ζωής της μπαταρίας. Επιπλέον, η αυτοεκφόρτιση είναι λιγότερο από το μισό σε σύγκριση με το νικέλιο-κάδμιο, καθιστώντας το ιόν λιθίου κατάλληλο για σύγχρονες εφαρμογές μετρητή καυσίμου. Τα κύτταρα ιόντων λιθίου προκαλούν μικρή βλάβη όταν απορρίπτονται.
Παρά τα συνολικά πλεονεκτήματα του ιόντος λιθίου, έχει τα μειονεκτήματά του. Είναι εύθραυστο και απαιτεί κύκλωμα προστασίας για τη διατήρηση της ασφαλούς λειτουργίας. Ενσωματωμένο σε κάθε πακέτο, το κύκλωμα προστασίας περιορίζει την τάση αιχμής κάθε στοιχείου κατά τη φόρτιση και αποτρέπει την πτώση της τάσης του στοιχείου πολύ χαμηλά κατά την εκφόρτιση. Επιπλέον, το κύκλωμα προστασίας παρακολουθεί τη θερμοκρασία της μπαταρίας για να αποτρέψει ακραίες καταστάσεις. Τα περισσότερα πακέτα βαθμολογούνται από 1C έως 2C, με 1C να είναι ίσο με την ονομαστική χωρητικότητα της μπαταρίας σε μία ώρα. Μια τέτοια προστασία αυξάνει το κόστος παραγωγής.
Η γήρανση προκαλεί ανησυχία για τις περισσότερες μπαταρίες ιόντων λιθίου και πολλοί κατασκευαστές παραμένουν σιωπηλοί σχετικά με αυτό το ζήτημα. Μετά από ένα χρόνο, η μπαταρία χάνει περίπου το 20 τοις εκατό της χωρητικότητάς της ετησίως, ανεξάρτητα από το εάν η μπαταρία χρησιμοποιείται ή όχι. Η γήρανση γίνεται πιο γρήγορα σε υψηλότερες θερμοκρασίες. Η αποθήκευση σε δροσερό μέρος επιβραδύνει τη διαδικασία γήρανσης του ιόντος λιθίου (και άλλων χημικών ουσιών). Οι κατασκευαστές συνιστούν αποθήκευση στους 15 βαθμούς (59 βαθμούς F). Επιπλέον, η μπαταρία θα πρέπει να φορτίζεται μερικώς κατά την αποθήκευση, με συνιστώμενη τιμή φόρτισης 40 τοις εκατό.
Για το κόστος έναντι της ενεργειακής πυκνότητας, η κυλινδρική κυψέλη ιόντων λιθίου 18650 είναι η πιο οικονομική μπαταρία και χρησιμοποιείται για φορητούς υπολογιστές και άλλες εφαρμογές που δεν απαιτούν εξαιρετικά λεπτή γεωμετρία. Για λεπτότερες γεωμετρίες, το πρισματικό ιόν λιθίου προσφέρει τον καλύτερο συμβιβασμό μεταξύ του λόγου κόστους προς ενέργεια και του συντελεστή μορφής.
Πλεονεκτήματα
- Υψηλή ενεργειακή πυκνότητα - δυνατότητα για ακόμα υψηλότερες χωρητικότητες.
- Δεν χρειάζεται παρατεταμένο αστάρωμα όταν είναι καινούργιο. Μία τακτική χρέωση είναι το μόνο που χρειάζεται.
- Σχετικά χαμηλή αυτοεκφόρτιση - η αυτοεκφόρτιση είναι μικρότερη από τη μισή από αυτήν των μπαταριών με βάση το νικέλιο.
- Χαμηλή συντήρηση - δεν απαιτείται περιοδική εκφόρτιση. δεν υπάρχει μνήμη.
- Οι ειδικές κυψέλες μπορούν να παρέχουν πολύ υψηλό ρεύμα σε εφαρμογές όπως τα ηλεκτρικά εργαλεία.
Περιορισμοί
- Απαιτεί κύκλωμα προστασίας για τη διατήρηση της τάσης και του ρεύματος εντός ασφαλών ορίων.
- Με την επιφύλαξη γήρανσης, ακόμη και αν δεν χρησιμοποιείται - η αποθήκευση σε δροσερό μέρος με φόρτιση 40% μειώνει το φαινόμενο γήρανσης.
- Περιορισμοί μεταφοράς - η αποστολή μεγαλύτερων ποσοτήτων ενδέχεται να υπόκειται σε ρυθμιστικό έλεγχο. Αυτός ο περιορισμός δεν ισχύει για μπαταρίες προσωπικής χειραποσκευής.
- Ακριβό στην κατασκευή - περίπου 40 τοις εκατό υψηλότερο σε κόστος από το νικέλιο-κάδμιο.
- Δεν είναι πλήρως ώριμα - τα μέταλλα και τα χημικά αλλάζουν σε συνεχή βάση.