Pionerarbejdet med lithiumbatterier begyndte i 1912 under GN Lewis, men det var først i begyndelsen af 1970'erne, at de første ikke-genopladelige lithiumbatterier begyndte kommerciel brug. Lithium er det letteste af alle metaller, der giver det største elektrokemiske potentiale og den højeste energitæthed efter vægt.
Forsøg på at udvikle genopladelige lithiumbatterier mislykkedes på grund af sikkerhedsproblemer. Forskning vendte sig mod brugen af lithium-ioner i stedet for metallisk lithium i ikke-metalliske lithium-batterier på grund af den iboende ustabilitet af lithiummetal, især under opladning. Selvom energitætheden var lidt lavere end lithiummetal, er lithiumioner sikre, så længe der tages visse forholdsregler under opladning og afladning. I 1991 kommer Sony det første lithium-ion-batteri. Andre producenter fulgte trop.
Lithium-ion har typisk dobbelt så stor energitæthed som standard nikkel-cadmium. Det har potentiale for endnu højere energitæthed. Dens udledningsegenskaber er ganske gode, og den fungerer på samme måde som nikkel-cadmium i udledning. Den høje batterispænding på 3,6 volt tillader batteripakkedesign med kun én celle. De fleste af nutidens mobiltelefoner kører på et enkelt batteri. En nikkel-baseret pakke ville kræve tre 1.2-volt-celler forbundet i serie.
Lithium-ion-batteriet er et batteri med lav vedligeholdelse, en fordel, som de fleste andre kemier ikke kan gøre krav på. Der er ingen hukommelse, og der kræves ingen planlagt cykling for at forlænge batteriets levetid. Derudover er selvafladningen mindre end det halve sammenlignet med nikkel-cadmium, hvilket gør lithium-ion velegnet til moderne brændstofmålerapplikationer. Lithium-ion-celler forårsager ringe skade, når de bortskaffes.
På trods af de overordnede fordele ved lithium-ion har det sine ulemper. Det er skrøbeligt og kræver et beskyttelseskredsløb for at opretholde sikker drift. Indbygget i hver pakke begrænser beskyttelseskredsløbet spidsspændingen for hver celle under opladning og forhindrer cellespændingen i at falde for lavt ved afladning. Derudover overvåger sikkerhedskredsløbet batteritemperaturen for at forhindre ekstreme forhold. De fleste pakker er vurderet til 1C op til 2C, hvor 1C er lig med batteriets nominelle kapacitet på en time. En sådan beskyttelse øger produktionsomkostningerne.
Aldring er en bekymring for de fleste lithium-ion-batterier, og mange producenter forbliver tavse om dette problem. Efter et år mister batteriet cirka 20 procent af sin kapacitet om året, uanset om batteriet bruges eller ej. Ældningen sker hurtigere ved højere temperaturer. Opbevaring på et køligt sted sænker ældningsprocessen af lithium-ion (og andre kemier). Producenter anbefaler opbevaring ved 15 grader (59 grader F). Derudover bør batteriet være delvist opladet under opbevaring med en anbefalet ladeværdi på 40 procent.
For omkostninger kontra energitæthed er den cylindriske 18650 lithium-ion-celle det mest økonomiske batteri og bruges til mobil databehandling og andre applikationer, der ikke kræver ultratynd geometri. For tyndere geometrier tilbyder prismatisk lithium-ion det bedste kompromis mellem omkostning-til-energi-forhold og formfaktor.
Fordele
- Høj energitæthed - potentiale for endnu højere kapaciteter.
- Behøver ikke længere priming, når den er ny. Én almindelig opladning er alt, hvad der er nødvendigt.
- Relativt lav selvafladning - selvafladning er mindre end halvdelen af nikkel-baserede batterier.
- Lav vedligeholdelse - ingen periodisk udledning er nødvendig; der er ingen hukommelse.
- Specialceller kan levere meget høj strøm til applikationer såsom elværktøj.
Begrænsninger
- Kræver beskyttelseskredsløb for at holde spænding og strøm inden for sikre grænser.
- Med forbehold for ældning, selvom den ikke er i brug - opbevaring på et køligt sted ved 40 % opladning reducerer ældningseffekten.
- Transportrestriktioner - forsendelse af større mængder kan være underlagt myndighedskontrol. Denne begrænsning gælder ikke for personlige håndbagagebatterier.
- Dyrt at fremstille - omkring 40 procent højere i omkostninger end nikkel-cadmium.
- Ikke helt modne - metaller og kemikalier ændrer sig løbende.