Pionirski rad na litijevim baterijama započeo je 1912. godine pod vodstvom GN Lewisa, ali tek su ranih 1970-ih prve litijeve baterije koje se ne mogu puniti počele komercijalno upotrebljavati. Litij je najlakši od svih metala, pruža najveći elektrokemijski potencijal i najveću gustoću energije po težini.
Pokušaji razvoja punjivih litijevih baterija propali su zbog sigurnosnih problema. Istraživanja su se okrenula upotrebi litijevih iona umjesto metalnog litija u nemetalnim litijevim baterijama zbog inherentne nestabilnosti metalnog litija, posebno tijekom punjenja. Iako je gustoća energije nešto manja od metalnog litija, ioni litija sigurni su sve dok se poduzmu određene mjere opreza tijekom punjenja i pražnjenja. Godine 1991. Sony je komercijalizirao prvu litij-ionsku bateriju. Ostali proizvođači slijedili su primjer.
Litij ion obično ima dvostruko veću gustoću energije od standardnog nikal-kadmija. Ima potencijal za još veću gustoću energije. Njegove karakteristike pražnjenja su prilično dobre, a ponaša se slično kao nikal-kadmij u pražnjenju. Visoki napon baterije od 3,6 volti dopušta dizajn paketa baterija koji koristi samo jednu ćeliju. Većina današnjih mobilnih telefona radi na jednu bateriju. Za paket na bazi nikla bile bi potrebne tri ćelije od 1.2-V spojene u seriju.
Litij-ionska baterija je baterija koja zahtijeva malo održavanja, što je prednost koju većina drugih kemikalija ne može iskoristiti. Nema memorije i nije potrebno planirano mijenjanje kako bi se produžio vijek trajanja baterije. Osim toga, samopražnjenje je manje od polovice u usporedbi s nikal-kadmijem, što litij-ion čini prikladnim za moderne primjene mjerača goriva. Litij-ionske ćelije uzrokuju malu štetu kada se odlažu.
Unatoč ukupnim prednostima litij-iona, on ima svoje nedostatke. Krhak je i zahtijeva zaštitni krug za održavanje sigurnog rada. Ugrađen u svaki paket, zaštitni krug ograničava vršni napon svake ćelije tijekom punjenja i sprječava da napon ćelije padne prenisko pri pražnjenju. Osim toga, zaštitni krug prati temperaturu baterije kako bi spriječio ekstreme. Većina paketa je ocijenjena na 1C do 2C, pri čemu je 1C jednak nazivnom kapacitetu baterije u jednom satu. Takva zaštita povećava troškove proizvodnje.
Starenje je problem za većinu litij-ionskih baterija i mnogi proizvođači šute o ovom problemu. Nakon jedne godine, baterija gubi otprilike 20 posto svog kapaciteta godišnje, neovisno o tome koristi li se baterija ili ne. Starenje se odvija brže pri višim temperaturama. Čuvanje na hladnom mjestu usporava proces starenja litij-iona (i drugih kemikalija). Proizvođači preporučuju skladištenje na 15 stupnjeva (59 stupnjeva F). Osim toga, bateriju treba djelomično napuniti tijekom skladištenja, uz preporučenu vrijednost napunjenosti od 40 posto.
Za cijenu u odnosu na gustoću energije, cilindrična 18650 litij-ionska ćelija je najekonomičnija baterija i koristi se za mobilno računalstvo i druge aplikacije koje ne zahtijevaju ultratanku geometriju. Za tanje geometrije, prizmatični litij-ion nudi najbolji kompromis između omjera cijene i energije i faktora oblika.
Prednosti
- Visoka gustoća energije - potencijal za još veće kapacitete.
- Nije potrebno dugotrajno temeljno punjenje kada je novo. Sve što je potrebno je jedno redovito punjenje.
- Relativno nisko samopražnjenje - samopražnjenje je manje od polovine baterija na bazi nikla.
- Nisko održavanje - nije potrebno periodično pražnjenje; nema sjećanja.
- Specijalne ćelije mogu dati vrlo visoku struju aplikacijama kao što su električni alati.
Ograničenja
- Zahtijeva zaštitni krug za održavanje napona i struje unutar sigurnih granica.
- Podložan starenju, čak i ako nije u upotrebi - skladištenje na hladnom mjestu s 40% napunjenosti smanjuje učinak starenja.
- Ograničenja prijevoza - pošiljke većih količina mogu biti podložne regulatornoj kontroli. Ovo se ograničenje ne odnosi na osobne ručne baterije.
- Skupo za proizvodnju - oko 40 posto više u cijeni od nikal-kadmija.
- Nije potpuno zrelo - metali i kemikalije se neprestano mijenjaju.