Frumkvöðlastarf litíum rafhlöður hófst árið 1912 undir stjórn GN Lewis, en það var ekki fyrr en snemma á áttunda áratugnum sem fyrstu óhlaðanlegu litíum rafhlöðurnar hófust í atvinnuskyni. Litíum er léttasti allra málma, gefur stærsta rafefnafræðilega möguleika og mesta orkuþéttleika miðað við þyngd.
Tilraunir til að þróa endurhlaðanlegar litíum rafhlöður mistókust vegna öryggisvandamála. Rannsóknir snerust að því að nota litíumjónir í stað málmlitíums í litíum rafhlöðum sem ekki eru úr málmi vegna eðlislægs óstöðugleika litíummálms, sérstaklega við hleðslu. Þrátt fyrir að orkuþéttleiki hafi verið örlítið lægri en litíummálmur, eru litíumjónir öruggar svo framarlega sem ákveðnar varúðarráðstafanir eru gerðar við hleðslu og afhleðslu. Árið 1991 setti Sony fyrstu litíumjónarafhlöðuna á markað. Aðrir framleiðendur fylgdu í kjölfarið.
Litíumjón hefur venjulega tvöfalt meiri orkuþéttleika en venjulegt nikkel-kadmíum. Það hefur möguleika á enn meiri orkuþéttleika. Losunareiginleikar þess eru nokkuð góðir og það virkar svipað og nikkel-kadmíum í losun. Há rafhlöðuspenna upp á 3,6 volt gerir rafhlöðupakka hönnun kleift að nota aðeins eina frumu. Flestir farsímar í dag ganga fyrir einni rafhlöðu. Nikkel-undirstaða pakki þyrfti þrjár 1.2-volta frumur sem eru tengdar í röð.
Lithium-ion rafhlaðan er viðhaldslítil rafhlaða, kostur sem flest önnur efnafræði getur ekki gert tilkall til. Það er ekkert minni og ekki þarf að hjóla á áætlun til að lengja endingu rafhlöðunnar. Að auki er sjálflosunin innan við helmingur miðað við nikkel-kadmíum, sem gerir litíumjón vel við hæfi nútíma eldsneytismæla. Lithium-ion frumur valda litlum skaða þegar þeim er fargað.
Þrátt fyrir heildarkosti litíumjóna hefur það sína galla. Það er viðkvæmt og krefst verndarrásar til að viðhalda öruggri notkun. Innbyggt í hvern pakka, takmarkar verndarrásin háspennu hvers frumu meðan á hleðslu stendur og kemur í veg fyrir að frumuspennan falli of lágt við útskrift. Að auki fylgist öryggisrásin með hitastigi rafhlöðunnar til að koma í veg fyrir öfgar. Flestar pakkningar eru metnar á 1C upp í 2C, þar sem 1C er jafnt og metið rúmtak rafhlöðunnar á einni klukkustund. Slík vernd eykur framleiðslukostnaðinn.
Öldrun er áhyggjuefni fyrir flestar litíumjónarafhlöður og margir framleiðendur þegja um þetta mál. Eftir eitt ár missir rafhlaðan um það bil 20 prósent af afkastagetu sinni á ári óháð því hvort rafhlaðan er notuð eða ekki. Öldrun á sér stað hraðar við hærra hitastig. Geymsla á köldum stað hægir á öldrun litíumjóna (og annarra efnafræðilegra efna). Framleiðendur mæla með geymslu við 15 gráður (59 gráður F). Að auki ætti rafhlaðan að vera hlaðin að hluta meðan á geymslu stendur, með ráðlagt hleðslugildi upp á 40 prósent.
Fyrir kostnað á móti orkuþéttleika er sívalningslaga 18650 litíumjóna klefan hagkvæmasta rafhlaðan og er notuð fyrir farsímatölvur og önnur forrit sem krefjast ekki ofurþunnrar rúmfræði. Fyrir þynnri rúmfræði býður prismatísk litíumjón upp á bestu málamiðlunina milli kostnaðar og orkuhlutfalls og formþáttar.
Kostir
- Hár orkuþéttleiki - möguleiki á enn meiri getu.
- Þarf ekki langvarandi grunnun þegar hann er nýr. Ein venjuleg hleðsla er allt sem þarf.
- Tiltölulega lítil sjálfsafhleðsla - sjálfsafhleðsla er minna en helmingi minni en nikkel-undirstaða rafhlöður.
- Lítið viðhald - engin reglubundin losun er nauðsynleg; það er ekkert minni.
- Sérhæfðar frumur geta veitt mjög miklum straumi til forrita eins og rafmagnsverkfæra.
Takmarkanir
- Krefst verndarrásar til að halda spennu og straumi innan öruggra marka.
- Með fyrirvara um öldrun, jafnvel þótt hún sé ekki í notkun - geymsla á köldum stað við 40% hleðslu dregur úr öldrunaráhrifum.
- Flutningstakmarkanir - sending á stærra magni getur verið háð eftirliti. Þessi takmörkun á ekki við um persónulegar rafhlöður.
- Dýrt í framleiðslu - um 40 prósent hærri kostnaður en nikkel-kadmíum.
- Ekki fullþroska - málmar og efni eru að breytast stöðugt.