Pionerarbeidet med litiumbatterier begynte i 1912 under GN Lewis, men det var ikke før på begynnelsen av 1970-tallet at de første ikke-oppladbare litiumbatteriene begynte kommersiell bruk. Litium er det letteste av alle metaller, og gir det største elektrokjemiske potensialet og den høyeste energitettheten i vekt.
Forsøk på å utvikle oppladbare litiumbatterier mislyktes på grunn av sikkerhetsproblemer. Forskning vendte seg mot bruken av litiumioner i stedet for metallisk litium i ikke-metalliske litiumbatterier på grunn av den iboende ustabiliteten til litiummetall, spesielt under lading. Selv om energitettheten var litt lavere enn litiummetall, er litiumioner trygge så lenge visse forholdsregler tas under lading og utlading. I 1991 kommersialiserte Sony det første litium-ion-batteriet. Andre produsenter fulgte etter.
Litiumion har typisk dobbelt så mye energitetthet som standard nikkel-kadmium. Den har potensial for enda høyere energitetthet. Utslippsegenskapene er ganske gode, og den yter på samme måte som nikkel-kadmium i utslipp. Den høye batterispenningen på 3,6 volt tillater batteripakkedesign med kun én celle. De fleste av dagens mobiltelefoner kjører på ett enkelt batteri. En nikkelbasert pakke vil kreve tre 1.2-volt-celler koblet i serie.
Litium-ion-batteriet er et lite vedlikeholdsbatteri, en fordel som de fleste andre kjemikalier ikke kan kreve. Det er ikke noe minne og ingen planlagt sykling er nødvendig for å forlenge batteriets levetid. I tillegg er selvutladningen mindre enn halvparten sammenlignet med nikkel-kadmium, noe som gjør litium-ion godt egnet for moderne drivstoffmålerapplikasjoner. Litiumionceller forårsaker liten skade når de kastes.
Til tross for de generelle fordelene med litium-ion, har det sine ulemper. Den er skjør og krever en beskyttelseskrets for å opprettholde sikker drift. Innebygd i hver pakke begrenser beskyttelseskretsen toppspenningen til hver celle under lading og forhindrer at cellespenningen faller for lavt ved utlading. I tillegg overvåker beskyttelseskretsen batteritemperaturen for å forhindre ekstreme. De fleste pakker er vurdert til 1C opp til 2C, hvor 1C er lik batteriets nominelle kapasitet på én time. Slik beskyttelse øker produksjonskostnadene.
Aldring er en bekymring for de fleste litium-ion-batterier, og mange produsenter forblir tause om dette problemet. Etter ett år mister batteriet omtrent 20 prosent av kapasiteten per år uavhengig av om batteriet brukes eller ikke. Aldringen skjer raskere ved høyere temperaturer. Oppbevaring på et kjølig sted bremser aldringsprosessen til litium-ion (og andre kjemier). Produsenter anbefaler lagring ved 15 grader (59 grader F). I tillegg bør batteriet være delvis ladet under lagring, med en anbefalt ladeverdi på 40 prosent.
For kostnad kontra energitetthet er den sylindriske 18650 litiumioncellen det mest økonomiske batteriet og brukes til mobil databehandling og andre applikasjoner som ikke krever ultratynn geometri. For tynnere geometrier tilbyr prismatisk litiumion det beste kompromisset mellom kostnad-til-energi-forhold og formfaktor.
Fordeler
- Høy energitetthet - potensial for enda høyere kapasiteter.
- Trenger ikke langvarig grunning når den er ny. Én vanlig lading er alt som trengs.
- Relativt lav selvutladning - selvutlading er mindre enn halvparten av nikkelbaserte batterier.
- Lite vedlikehold - ingen periodisk utslipp er nødvendig; det er ikke noe minne.
- Spesialceller kan gi svært høy strøm til applikasjoner som elektroverktøy.
Begrensninger
- Krever beskyttelseskrets for å holde spenning og strøm innenfor sikre grenser.
- Med forbehold om aldring, selv om den ikke er i bruk - oppbevaring på et kjølig sted med 40 % lading reduserer aldringseffekten.
- Transportrestriksjoner - forsendelse av større mengder kan være underlagt myndighetskontroll. Denne begrensningen gjelder ikke for personlige håndbagasjebatterier.
- Dyrt å produsere - omtrent 40 prosent høyere i pris enn nikkel-kadmium.
- Ikke helt modne - metaller og kjemikalier endres kontinuerlig.