Pionjärarbetet med litiumbatterier började 1912 under GN Lewis, men det var inte förrän i början av 1970-talet som de första icke-uppladdningsbara litiumbatterierna började användas kommersiellt. Litium är den lättaste av alla metaller, som ger den största elektrokemiska potentialen och den högsta energitätheten i vikt.
Försök att utveckla laddningsbara litiumbatterier misslyckades på grund av säkerhetsproblem. Forskning vände sig till användningen av litiumjoner istället för metalliskt litium i icke-metalliska litiumbatterier på grund av den inneboende instabiliteten hos litiummetall, särskilt under laddning. Även om energitätheten var något lägre än litiummetall, är litiumjoner säkra så länge som vissa försiktighetsåtgärder vidtas under laddning och urladdning. 1991 kommersialiserade Sony det första litiumjonbatteriet. Andra tillverkare följde efter.
Litiumjon har vanligtvis dubbelt så stor energitäthet som standard nickel-kadmium. Det har potential för ännu högre energitäthet. Dess urladdningsegenskaper är ganska bra, och den presterar på samma sätt som nickel-kadmium vid urladdning. Den höga batterispänningen på 3,6 volt tillåter batteripaketdesign med endast en cell. De flesta av dagens mobiltelefoner körs på ett enda batteri. Ett nickelbaserat paket skulle kräva tre 1.2-voltsceller kopplade i serie.
Litiumjonbatteriet är ett lågunderhållsbatteri, en fördel som de flesta andra kemier inte kan hävda. Det finns inget minne och ingen schemalagd cykling krävs för att förlänga batteriets livslängd. Dessutom är självurladdningen mindre än hälften jämfört med nickel-kadmium, vilket gör litiumjon väl lämpad för moderna bränslemätare. Litiumjonceller orsakar liten skada när de kasseras.
Trots de övergripande fördelarna med litiumjon har det sina nackdelar. Den är ömtålig och kräver en skyddskrets för att upprätthålla säker drift. Inbyggd i varje paket begränsar skyddskretsen toppspänningen för varje cell under laddning och förhindrar att cellspänningen sjunker för lågt vid urladdning. Dessutom övervakar säkerhetskretsen batteritemperaturen för att förhindra extremer. De flesta paket är klassade för 1C upp till 2C, där 1C är lika med batteriets nominella kapacitet på en timme. Sådant skydd ökar produktionskostnaden.
Åldrande är ett problem för de flesta litiumjonbatterier och många tillverkare är tysta om detta problem. Efter ett år tappar batteriet ungefär 20 procent av sin kapacitet per år, oberoende av om batteriet används eller inte. Åldrandet sker snabbare vid högre temperaturer. Förvaring på en sval plats saktar ner åldrandet av litiumjoner (och andra kemikalier). Tillverkare rekommenderar förvaring vid 15 grader (59 grader F). Dessutom bör batteriet vara delvis laddat under förvaring, med ett rekommenderat laddningsvärde på 40 procent.
För kostnad kontra energitäthet är den cylindriska 18650 litiumjoncellen det mest ekonomiska batteriet och används för mobil datoranvändning och andra applikationer som inte kräver ultratunn geometri. För tunnare geometrier erbjuder prismatisk litiumjon den bästa kompromissen mellan kostnad-till-energi-förhållande och formfaktor.
Fördelar
- Hög energitäthet - potential för ännu högre kapacitet.
- Behöver ingen längre grundning när den är ny. En vanlig laddning är allt som behövs.
- Relativt låg självurladdning - självurladdning är mindre än hälften av nickelbaserade batterier.
- Lågt underhåll - ingen periodisk urladdning behövs; det finns inget minne.
- Specialceller kan ge mycket hög ström till applikationer som elverktyg.
Begränsningar
- Kräver skyddskrets för att hålla spänning och ström inom säkra gränser.
- Med förbehåll för åldring, även om den inte används - förvaring på en sval plats med 40 % laddning minskar åldringseffekten.
- Transportrestriktioner - transport av större kvantiteter kan vara föremål för myndighetskontroll. Denna begränsning gäller inte för personliga handbagagebatterier.
- Dyr att tillverka - cirka 40 procent högre i kostnad än nickel-kadmium.
- Inte helt mogna - metaller och kemikalier förändras kontinuerligt.