O trabalho pioneiro das baterias de lítio começou em 1912 sob a liderança de GN Lewis, mas foi somente no início da década de 1970 que as primeiras baterias de lítio não recarregáveis começaram a ser usadas comercialmente. O lítio é o mais leve de todos os metais, proporcionando o maior potencial eletroquímico e a maior densidade de energia por peso.
As tentativas de desenvolver baterias recarregáveis de lítio falharam devido a questões de segurança. A pesquisa voltou-se para o uso de íons de lítio em vez de lítio metálico em baterias de lítio não metálicas devido à instabilidade inerente ao metal de lítio, especialmente durante o carregamento. Embora a densidade de energia fosse ligeiramente inferior à do metal de lítio, os íons de lítio são seguros, desde que sejam tomadas certas precauções durante a carga e a descarga. Em 1991, a Sony comercializou a primeira bateria de íons de lítio. Outros fabricantes seguiram o exemplo.
O íon de lítio normalmente tem o dobro da densidade de energia do níquel-cádmio padrão. Tem potencial para densidade de energia ainda maior. Suas características de descarga são muito boas e seu desempenho é semelhante ao do níquel-cádmio na descarga. A alta tensão da bateria de 3,6 volts permite projetos de baterias usando apenas uma célula. A maioria dos telefones celulares atuais funciona com uma única bateria. Um pacote à base de níquel exigiria três células de 1{6}}volt conectadas em série.
A bateria de íons de lítio é uma bateria de baixa manutenção, uma vantagem que a maioria dos outros produtos químicos não pode reivindicar. Não há memória e nenhum ciclo programado é necessário para prolongar a vida útil da bateria. Além disso, a autodescarga é menos da metade em comparação com o níquel-cádmio, tornando o íon-lítio adequado para aplicações modernas de medidores de combustível. As células de íons de lítio causam poucos danos quando descartadas.
Apesar das vantagens gerais do íon-lítio, ele tem suas desvantagens. É frágil e requer um circuito de proteção para manter uma operação segura. Integrado em cada pacote, o circuito de proteção limita o pico de tensão de cada célula durante a carga e evita que a tensão da célula caia muito durante a descarga. Além disso, o circuito de proteção monitora a temperatura da bateria para evitar extremos. A maioria dos pacotes são classificados de 1C a 2C, sendo 1C igual à capacidade nominal da bateria em uma hora. Essa proteção aumenta o custo de produção.
O envelhecimento é uma preocupação para a maioria das baterias de íons de lítio e muitos fabricantes permanecem silenciosos sobre esse assunto. Após um ano, a bateria perde cerca de 20% da sua capacidade por ano, independentemente de a bateria ser usada ou não. O envelhecimento ocorre mais rapidamente em temperaturas mais elevadas. O armazenamento em local fresco retarda o processo de envelhecimento do íon de lítio (e de outros produtos químicos). Os fabricantes recomendam armazenamento a 15 graus (59 graus F). Além disso, a bateria deve ser parcialmente carregada durante o armazenamento, com um valor de carga recomendado de 40%.
Em termos de custo versus densidade de energia, a célula cilíndrica de íons de lítio 18650 é a bateria mais econômica e é usada para computação móvel e outras aplicações que não exigem geometria ultrafina. Para geometrias mais finas, o íon de lítio prismático oferece o melhor compromisso entre a relação custo/energia e o fator de forma.
Vantagens
- Alta densidade energética – potencial para capacidades ainda maiores.
- Não necessita de preparação prolongada quando novo. Uma cobrança regular é tudo o que é necessário.
- Autodescarga relativamente baixa - a autodescarga é menos da metade da das baterias à base de níquel.
- Baixa Manutenção – não é necessária descarga periódica; não há memória.
- Células especiais podem fornecer corrente muito alta para aplicações como ferramentas elétricas.
Limitações
- Requer circuito de proteção para manter a tensão e a corrente dentro de limites seguros.
- Sujeito ao envelhecimento, mesmo que não esteja em uso - o armazenamento em local fresco com 40% de carga reduz o efeito do envelhecimento.
- Restrições de transporte – o envio de quantidades maiores pode estar sujeito a controle regulatório. Esta restrição não se aplica a baterias pessoais de mão.
- Caro de fabricar - cerca de 40% mais caro do que o níquel-cádmio.
- Não totalmente maduro – os metais e os produtos químicos estão em constante mudança.