Het pionierswerk op het gebied van lithiumbatterijen begon in 1912 onder GN Lewis, maar pas begin jaren zeventig werden de eerste niet-oplaadbare lithiumbatterijen commercieel gebruikt. Lithium is het lichtste van alle metalen en biedt het grootste elektrochemische potentieel en de hoogste energiedichtheid per gewicht.
Pogingen om oplaadbare lithiumbatterijen te ontwikkelen mislukten vanwege veiligheidsproblemen. Onderzoek richtte zich op het gebruik van lithiumionen in plaats van metallisch lithium in niet-metaalhoudende lithiumbatterijen vanwege de inherente instabiliteit van lithiummetaal, vooral tijdens het opladen. Hoewel de energiedichtheid iets lager was dan die van lithiummetaal, zijn lithiumionen veilig zolang bepaalde voorzorgsmaatregelen worden genomen tijdens het opladen en ontladen. In 1991 bracht Sony de eerste lithium-ionbatterij op de markt. Andere fabrikanten volgden dit voorbeeld.
Lithiumion heeft doorgaans tweemaal de energiedichtheid van standaard nikkel-cadmium. Het heeft het potentieel voor een nog hogere energiedichtheid. De ontladingseigenschappen zijn redelijk goed en het presteert vergelijkbaar met nikkel-cadmium bij het ontladen. Dankzij de hoge accuspanning van 3,6 volt zijn accupakketten met slechts één cel mogelijk. De meeste mobiele telefoons van tegenwoordig werken op één batterij. Voor een pakket op nikkelbasis zijn drie cellen van 1,2-volt nodig die in serie zijn geschakeld.
De lithium-ionbatterij is een batterij die weinig onderhoud vergt, een voordeel dat de meeste andere chemiebedrijven niet kunnen claimen. Er is geen geheugen en er is geen gepland fietsen nodig om de levensduur van de batterij te verlengen. Bovendien is de zelfontlading minder dan de helft vergeleken met nikkel-cadmium, waardoor lithium-ion zeer geschikt is voor moderne brandstofmetertoepassingen. Lithium-ioncellen veroorzaken weinig schade als ze worden weggegooid.
Ondanks de algemene voordelen van lithium-ion, heeft het zijn nadelen. Het is kwetsbaar en vereist een beveiligingscircuit om een veilige werking te garanderen. Het beveiligingscircuit is in elk pakket ingebouwd en beperkt de piekspanning van elke cel tijdens het opladen en voorkomt dat de celspanning bij ontlading te laag wordt. Bovendien bewaakt het beveiligingscircuit de accutemperatuur om extremen te voorkomen. De meeste pakketten hebben een classificatie van 1C tot 2C, waarbij 1C gelijk is aan de nominale capaciteit van de batterij in één uur. Een dergelijke bescherming verhoogt de productiekosten.
Veroudering is een zorg voor de meeste lithium-ionbatterijen en veel fabrikanten zwijgen over dit probleem. Na één jaar verliest de batterij ongeveer 20 procent van zijn capaciteit per jaar, ongeacht of de batterij wordt gebruikt of niet. De veroudering treedt sneller op bij hogere temperaturen. Opslag op een koele plaats vertraagt het verouderingsproces van lithium-ion (en andere chemicaliën). Fabrikanten adviseren opslag bij 15 graden (59 graden F). Bovendien moet de accu tijdens opslag gedeeltelijk worden opgeladen, met een aanbevolen laadwaarde van 40 procent.
Qua kosten versus energiedichtheid is de cilindrische 18650 lithium-ioncel de meest economische batterij en wordt hij gebruikt voor mobiel computergebruik en andere toepassingen die geen ultradunne geometrie vereisen. Voor dunnere geometrieën biedt prismatische lithium-ion het beste compromis tussen kosten-energieverhouding en vormfactor.
Voordelen
- Hoge energiedichtheid - potentieel voor nog hogere capaciteiten.
- Heeft geen langdurige voorbereiding nodig als het nieuw is. Eén regelmatige oplaadbeurt is alles wat nodig is.
- Relatief lage zelfontlading - de zelfontlading is minder dan de helft van die van nikkelgebaseerde batterijen.
- Weinig onderhoud - er is geen periodieke ontlading nodig; er is geen geheugen.
- Speciale cellen kunnen een zeer hoge stroom leveren aan toepassingen zoals elektrisch gereedschap.
Beperkingen
- Vereist een beveiligingscircuit om de spanning en stroom binnen veilige grenzen te houden.
- Onder voorbehoud van veroudering, zelfs als deze niet wordt gebruikt: opslag op een koele plaats met een lading van 40% vermindert het verouderingseffect.
- Transportbeperkingen - verzending van grotere hoeveelheden kan onderworpen zijn aan wettelijke controle. Deze beperking geldt niet voor persoonlijke handbagagebatterijen.
- Duur om te vervaardigen - ongeveer 40 procent duurder dan nikkel-cadmium.
- Nog niet volledig volwassen: metalen en chemicaliën veranderen voortdurend.