Công việc tiên phong về pin lithium bắt đầu vào năm 1912 dưới thời GN Lewis, nhưng phải đến đầu những năm 1970, loại pin lithium không thể sạc lại đầu tiên mới bắt đầu được sử dụng thương mại. Lithium là kim loại nhẹ nhất trong tất cả các kim loại, mang lại tiềm năng điện hóa lớn nhất và mật độ năng lượng cao nhất tính theo trọng lượng.
Nỗ lực phát triển pin lithium có thể sạc lại đã thất bại do vấn đề an toàn. Nghiên cứu chuyển sang sử dụng các ion lithium thay vì lithium kim loại trong pin lithium phi kim loại do tính không ổn định vốn có của kim loại lithium, đặc biệt là trong quá trình sạc. Mặc dù mật độ năng lượng thấp hơn một chút so với kim loại lithium, nhưng các ion lithium vẫn an toàn miễn là thực hiện một số biện pháp phòng ngừa nhất định trong quá trình sạc và xả. Năm 1991, Sony thương mại hóa pin lithium-ion đầu tiên. Các nhà sản xuất khác cũng làm theo.
Ion lithium thường có mật độ năng lượng gấp đôi so với niken-cadmium tiêu chuẩn. Nó có tiềm năng cho mật độ năng lượng cao hơn nữa. Đặc tính phóng điện của nó khá tốt và nó hoạt động tương tự như niken-cadmium khi phóng điện. Điện áp pin cao 3,6 volt cho phép thiết kế bộ pin chỉ sử dụng một ô. Hầu hết các điện thoại di động ngày nay đều chạy bằng một pin. Gói làm bằng niken sẽ cần ba tế bào 1.{6}}vôn được mắc nối tiếp.
Pin lithium-ion là loại pin ít phải bảo trì, một lợi thế mà hầu hết các nhà hóa học khác không thể có được. Không có bộ nhớ và không cần phải đạp xe theo lịch trình để kéo dài tuổi thọ của pin. Ngoài ra, khả năng tự xả ít hơn một nửa so với niken-cadmium, khiến lithium-ion rất phù hợp cho các ứng dụng đo nhiên liệu hiện đại. Pin lithium-ion ít gây hại khi thải bỏ.
Mặc dù có những ưu điểm chung của lithium-ion nhưng nó cũng có những nhược điểm. Nó dễ vỡ và cần có mạch bảo vệ để duy trì hoạt động an toàn. Được tích hợp trong mỗi gói, mạch bảo vệ giới hạn điện áp cực đại của từng tế bào trong quá trình sạc và ngăn điện áp tế bào giảm quá thấp khi phóng điện. Ngoài ra, mạch bảo vệ còn theo dõi nhiệt độ pin để ngăn chặn nhiệt độ quá cao. Hầu hết các gói được đánh giá ở mức 1C đến 2C, trong đó 1C bằng dung lượng định mức của pin trong một giờ. Sự bảo vệ như vậy làm tăng thêm chi phí sản xuất.
Lão hóa là mối lo ngại đối với hầu hết pin lithium-ion và nhiều nhà sản xuất vẫn giữ im lặng về vấn đề này. Sau một năm, pin mất khoảng 20% dung lượng mỗi năm bất kể pin có được sử dụng hay không. Sự lão hóa xảy ra nhanh hơn ở nhiệt độ cao hơn. Bảo quản ở nơi mát mẻ sẽ làm chậm quá trình lão hóa của lithium-ion (và các hóa chất khác). Các nhà sản xuất khuyến nghị bảo quản ở nhiệt độ 15 độ (59 độ F). Ngoài ra, pin phải được sạc một phần trong quá trình bảo quản, với giá trị sạc khuyến nghị là 40 phần trăm.
Xét về chi phí so với mật độ năng lượng, pin lithium-ion 18650 hình trụ là loại pin tiết kiệm nhất và được sử dụng cho điện toán di động cũng như các ứng dụng khác không yêu cầu hình học siêu mỏng. Đối với các dạng hình học mỏng hơn, ion lithium hình lăng trụ mang lại sự dung hòa tốt nhất giữa tỷ lệ chi phí trên năng lượng và kiểu dáng.
Thuận lợi
- Mật độ năng lượng cao - tiềm năng cho công suất cao hơn.
- Không cần sơn lót kéo dài khi còn mới. Chỉ cần sạc một lần là đủ.
- Khả năng tự xả tương đối thấp - khả năng tự xả thấp hơn một nửa so với pin niken.
- Bảo trì thấp - không cần xả định kỳ; không có ký ức.
- Các tế bào đặc biệt có thể cung cấp dòng điện rất cao cho các ứng dụng như dụng cụ điện.
Hạn chế
- Yêu cầu mạch bảo vệ để duy trì điện áp và dòng điện trong giới hạn an toàn.
- Có thể bị lão hóa, ngay cả khi không sử dụng - bảo quản ở nơi mát mẻ với mức sạc 40% sẽ làm giảm hiệu ứng lão hóa.
- Hạn chế vận chuyển - vận chuyển số lượng lớn hơn có thể phải chịu sự kiểm soát theo quy định. Hạn chế này không áp dụng cho pin mang theo cá nhân.
- Đắt tiền để sản xuất - chi phí cao hơn khoảng 40% so với niken-cadmium.
- Chưa trưởng thành hoàn toàn - kim loại và hóa chất đang thay đổi liên tục.