העבודה החלוצית של סוללות ליתיום החלה בשנת 1912 תחת GN Lewis, אך רק בתחילת שנות ה-70 החלו סוללות הליתיום הלא נטענות הראשונות לשימוש מסחרי. ליתיום הוא הקל ביותר מבין כל המתכות, מספק את הפוטנציאל האלקטרוכימי הגדול ביותר ואת צפיפות האנרגיה הגבוהה ביותר לפי משקל.
ניסיונות לפתח סוללות ליתיום נטענות נכשלו עקב בעיות בטיחות. המחקר פנה לשימוש ביוני ליתיום במקום ליתיום מתכתי בסוללות ליתיום לא מתכתיות בשל חוסר היציבות המובנית של מתכת הליתיום, במיוחד במהלך הטעינה. למרות שצפיפות האנרגיה הייתה מעט נמוכה יותר ממתכת ליתיום, יוני ליתיום בטוחים כל עוד ננקטים אמצעי זהירות מסוימים במהלך הטעינה והפריקה. בשנת 1991, סוני פרסמה את סוללת הליתיום-יון הראשונה. יצרנים אחרים הלכו בעקבותיו.
לליתיום יון יש בדרך כלל צפיפות אנרגיה כפולה מזו של ניקל-קדמיום סטנדרטי. יש לו פוטנציאל לצפיפות אנרגיה גבוהה עוד יותר. מאפייני הפריקה שלו טובים למדי, והוא מתפקד באופן דומה לניקל-קדמיום בפריקה. מתח הסוללה הגבוה של 3.6 וולט מאפשר עיצובים של ערכות סוללות תוך שימוש בתא אחד בלבד. רוב הטלפונים הניידים של היום פועלים על סוללה אחת. מארז מבוסס ניקל ידרוש שלושה תאים של 1.2-וולט מחוברים בסדרה.
סוללת הליתיום-יון היא סוללת תחזוקה נמוכה, יתרון שרוב הכימיות האחרות לא יכולות לטעון. אין זיכרון ואין צורך ברכיבה מתוזמנת כדי להאריך את חיי הסוללה. בנוסף, הפריקה העצמית היא פחות מחצי בהשוואה לניקל-קדמיום, מה שהופך את הליתיום-יון למתאים היטב ליישומי מדי דלק מודרניים. תאי ליתיום-יון גורמים נזק קטן כאשר הם נפטרים.
למרות היתרונות הכוללים של ליתיום-יון, יש לו חסרונות. הוא שביר ודורש מעגל הגנה כדי לשמור על פעולה בטוחה. מובנה בכל חבילה, מעגל ההגנה מגביל את מתח השיא של כל תא במהלך הטעינה ומונע ממתח התא לרדת נמוך מדי בפריקה. בנוסף, מעגל ההגנה מנטר את טמפרטורת הסוללה כדי למנוע קיצוניות. רוב החבילות מדורגות ב-1C עד 2C, כאשר 1C שווה לקיבולת המדורגת של הסוללה בשעה אחת. הגנה כזו מוסיפה לעלות הייצור.
הזדקנות היא דאגה עבור רוב סוללות הליתיום-יון ויצרנים רבים שותקים לגבי הנושא הזה. לאחר שנה אחת, הסוללה מאבדת בערך 20 אחוז מהקיבולת שלה בשנה, ללא תלות בשימוש בסוללה או לא. ההזדקנות מתרחשת מהר יותר בטמפרטורות גבוהות יותר. אחסון במקום קריר מאט את תהליך ההזדקנות של ליתיום-יון (וכימיקלים אחרים). היצרנים ממליצים על אחסון ב-15 מעלות (59 מעלות F). בנוסף, יש לטעון את הסוללה חלקית במהלך האחסון, עם ערך טעינה מומלץ של 40 אחוז.
עבור עלות מול צפיפות אנרגיה, תא הליתיום-יון הגלילי 18650 הוא הסוללה החסכונית ביותר ומשמש למחשוב נייד ויישומים אחרים שאינם דורשים גיאומטריה דקה במיוחד. עבור גיאומטריות דקות יותר, יון ליתיום מנסרתי מציע את הפשרה הטובה ביותר בין יחס עלות לאנרגיה ומקדם צורה.
יתרונות
- צפיפות אנרגיה גבוהה - פוטנציאל ליכולות גבוהות יותר.
- אינו זקוק לפריצה ממושכת כאשר הוא חדש. טעינה רגילה אחת היא כל מה שצריך.
- פריקה עצמית נמוכה יחסית – פריקה עצמית היא פחות ממחצית מזו של סוללות על בסיס ניקל.
- תחזוקה נמוכה - אין צורך בפריקה תקופתית; אין זיכרון.
- תאים מיוחדים יכולים לספק זרם גבוה מאוד ליישומים כגון כלי עבודה חשמליים.
מגבלות
- דורש מעגל הגנה כדי לשמור על מתח וזרם בגבולות בטוחים.
- בכפוף להזדקנות, גם אם לא בשימוש - אחסון במקום קריר בטעינה של 40% מפחית את אפקט ההזדקנות.
- הגבלות תחבורה – משלוח כמויות גדולות יותר עשוי להיות כפוף לפיקוח רגולטורי. הגבלה זו אינה חלה על סוללות נשיאה אישיות.
- יקר לייצור - גבוה בכ-40 אחוז בעלות מניקל-קדמיום.
- לא בשל לחלוטין - מתכות וכימיקלים משתנים על בסיס מתמשך.