Μπαταρία ιόντων λιθίου

Η μπαταρία ή συσσωρευτής ιόντων λιθίου (αγγλ., lithium-ion battery, Li-ion battery ή LIB) είναι ένας τύπος επαναφορτιζόμενης μπαταρίας στην οποία τα ιόντα λιθίου κινούνται από το αρνητικό ηλεκτρόδιο προς το θετικό ηλεκτρόδιο κατά τη διάρκεια της εκφόρτισης και αντίστροφα κατά τη φόρτιση. Οι μπαταρίες ιόντων λιθίου χρησιμοποιούν μια παρεμβαλλόμενη ένωση του λιθίου ως υλικό του ενός ηλεκτροδίου, συγκρινόμενες με το μεταλλικό λίθιο που χρησιμοποιείται σε μια μη επαναφορτιζόμενη μπαταρία λιθίου. Ο ηλεκτρολύτης, που επιτρέπει την ιονική μετακίνηση και τα δύο ηλεκτρόδια είναι τα συστατικά του στοιχείου μπαταρίας ιόντων λιθίου. Οι μπαταρίες ιόντων λιθίου είναι συνηθισμένες στα οικιακά ηλεκτρονικά. Είναι ένας από τους πιο δημοφιλείς τύπους επαναφορτιζομένων μπαταριών για φορητά ηλεκτρονικά, με υψηλή ενεργειακή πυκνότητα, πολύ μικρό φαινόμενο μνήμης και χαμηλή αυτοεκφόρτιση. Οι LIB γίνονται όλο και πιο δημοφιλείς για στρατιωτικές, ηλεκτρικές μπαταρίες οχημάτων και αεροναυπηγικές εφαρμογές. Παραδείγματος χάρη, οι μπαταρίες ιόντων λιθίου αντικαθιστούν τις μπαταρίες μολύβδου-οξέος που έχουν χρησιμοποιηθεί ιστορικά για αμαξίδια γκολφ και ειδικά οχήματα. Αντί για τις βαριές πλάκες μολύβδου και ηλεκτρολύτη οξέος, η τάση είναι να χρησιμοποιούνται ελαφριές συστοιχίες μπαταρίας ιόντων λιθίου που δίνουν την ίδια τάση με τις μπαταρίες μολύβδου-οξέος και έτσι δεν χρειάζεται καμία τροποποίηση του συστήματος οδήγησης του οχήματος. Η χημεία, η απόδοση, το κόστος και η ασφάλεια διαφέρουν πολύ στους διάφορους τύπους LIB. Τα ηλεκτρονικά χειρός χρησιμοποιούν συνήθως LIB με βάση το οξείδιο κοβαλτίου λιθίου (LiCoO2), που προσφέρει υψηλή ενεργειακή πυκνότητα, αλλά παρουσιάζει κινδύνους ασφαλείας, ειδικά όταν καταστραφεί. Οι μπαταρίες φωσφορικού σιδήρου-λιθίου (LiFePO4), οξειδίου μαγγανίου ιόντων λιθίου (LiMn2O4, Li2MnO3, ή οξειδίου μαγνησίου ιόντων λιθίου (lithium ion manganese oxide battery ή LMO) και οξειδίου κοβαλτίου μαγνησίου νικελίου λιθίου (lithium nickel manganese cobalt oxide) (LiNiMnCoO2 ή NMC) δίνουν χαμηλότερη ενεργειακή πυκνότητα, αλλά μεγαλύτερη ζωή και εσωτερική ασφάλεια. Τέτοιες μπαταρίες χρησιμοποιούνται πλατιά για ηλεκτρικά εργαλεία, ιατρικό εξοπλισμό και άλλες χρήσεις. Ειδικά η NMC είναι κορυφαία υποψήφια μπαταρία για αυτοκινητιστικές εφαρμογές. Το οξείδιο αργιλίου κοβαλτίου νικελίου λιθίου (Lithium nickel cobalt aluminum oxide) (LiNiCoAlO2 ή NCA) και το τιτανικό λίθιο (lithium titanate) (Li4Ti5O12 or LTO) έχουν εξειδικευμένη σχεδίαση που αποσκοπεί σε ειδικούς ρόλους. Οι νεότερες μπαταρίες θείου-λιθίου υπόσχονται υψηλότερο λόγο απόδοσης προς βάρος. Οι μπαταρίες ιόντων λιθίου μπορούν να θέσουν ιδιαίτερους κινδύνους ασφάλειας επειδή περιέχουν έναν εύφλεκτο ηλεκτρολύτη και ενδέχεται να διατηρούνται υπό πίεση. Ένας ειδικός σημειώνει "Εάν ένα στοιχείο μπαταρίας φορτίζεται υπερβολικά γρήγορα, μπορεί να προκαλέσει βραχυκύκλωμα, που οδηγεί σε εκρήξεις και πυρκαγιές". Λόγω αυτών των κινδύνων, τα πρότυπα ελέγχου είναι πιο αυστηρά από τα πρότυπα για μπαταρίες οξέος-ηλεκτρολύτη. Έχουν υπάρξει κάποιες ανακλήσεις σχετικές με τις μπαταρίες, που συμπεριλαμβάνουν την ανάκληση του 2016 της Samsung για το Galaxy Note 7 λόγω πυρκαγιών σε μπαταρίες.Οι περιοχές έρευνας των μπαταριών ιόντων λιθίου περιλαμβάνουν την επέκταση της ζωής τους, την ενεργειακή πυκνότητα, την ασφάλεια και τη μείωση του κόστους μεταξύ άλλων.

 Τα διεθνή βιομηχανικά πρότυπα διαφοροποιούν το "στοιχείο" και τη "μπαταρία". "Στοιχείο" είναι μια βασική ηλεκτροχημική μονάδα που περιέχει τα ηλεκτρόδια, διαχωριστικό και ηλεκτρολύτη. "Μπαταρία" ή "συστοιχία μπαταριών" είναι μια συλλογή στοιχείων που είναι έτοιμα για χρήση, επειδή περιέχει κατάλληλο περίβλημα, ηλεκτρικές διασυνδέσεις και πιθανόν ηλεκτρονικά για να ελέγχουν και να προστατεύουν τα στοιχεία από αστοχία. Σε αυτήν τη θεώρηση, η πιο απλή "μπαταρία" είναι ένα μοναδικό στοιχείο. Παραδείγματος χάρη, οι μπαταρίες των ηλεκτρικών οχημάτων, μπορεί να έχουν σύστημα μπαταριών των 400 V, κατασκευασμένο από πολλά μεμονωμένα στοιχεία. Συχνά χρησιμοποιείται ο όρος "μονάδα (module)", όπου η συστοιχία μπαταριών αποτελείται από μονάδες και οι μονάδες αποτελούνται από μεμονωμένα στοιχεία. Στην ηλεκτροχημεία, η άνοδος είναι το ηλεκτρόδιο όπου λαμβάνει χώρα οξείδωση στην μπαταρία, δηλαδή ελευθερώνονται ηλεκτρόνια και ρέουν εκτός της μπαταρίας (τεχνικά, ρέει ρεύμα στο στοιχείο). Όμως, αυτό συμβαίνει στα αντίθετα ηλεκτρόδια κατά τη διάρκεια της φόρτωσης-εκφόρτωσης. Οι λιγότερο διφορούμενοι όροι είναι θετικό ηλεκτρόδιο (κάθοδος στην εκφόρτιση) και αρνητικό ηλεκτρόδιο (άνοδος στην εκφόρτιση). Αυτή είναι η θετική-αρνητική πολικότητα που εμφανίζεται σε βολτόμετρο. Για επαναφορτιζόμενα στοιχεία, ο όρος "κάθοδος" δείχνει το θετικό ηλεκτρόδιο στον κύκλο εκφόρτισης, ακόμα κι όταν οι συνδεμένες ηλεκτροχημικές αντιδράσεις αλλάζουν τη θέση τους κατά τη φόρτιση και την εκφόρτιση, αντίστοιχα. Για τα κύτταρα ιόντων λιθίου το θετικό ηλεκτρόδιο ("κάθοδος") είναι αυτό με βάση το λίθιο. Οι μπαταρίες λιθίου προτάθηκαν από τον Βρετανό χημικό M Stanley Whittingham, ενώ δούλευε για την Exxon τη δεκαετία του 1970. Ο Whittingham χρησιμοποίησε θειούχο τιτάνιο(IV) και μέταλλο λιθίου ως ηλεκτρόδια. Όμως, αυτή η επαναφορτίσιμη μπαταρία λιθίου δεν μπορούσε ποτέ να γίνει πρακτική. Το διθειούχο τιτάνιο ήταν φτωχή επιλογή, επειδή θα πρέπει να συντεθεί κάτω από πλήρως στεγανοποιημένες συνθήκες. Αυτό είναι πολύ δαπανηρό (~$1000 ανά χιλιόγραμμο για ακατέργαστο υλικό διθειούχου τιτανίου τη δεκαετία του 1970). Όταν εκτίθεται στον αέρα, το διθειούχο τιτάνιο αντιδρά για να σχηματίσει ενώσεις του υδροθείου, που έχουν δυσάρεστη οσμή. Γι΄αυτό, καθώς και για άλλους λόγους η Exxon διέκοψε την ανάπτυξη της μπαταρίας διθειούχου τιτανίου-λιθίου του Whittingham. Οι μπαταρίες με ηλεκτρόδια μεταλλικού λιθίου παρουσίασαν προβλήματα ασφαλείας, επειδή το λίθιο είναι πολύ δραστικό χημικό στοιχείο· καίγεται σε κανονικές ατμοσφαιρικές συνθήκες λόγω της παρουσίας νερού και οξυγόνου. Ως αποτέλεσμα, η έρευνα μετακινήθηκε στην ανάπτυξη μπαταριών όπου, αντί για μεταλλικό λίθιο, υπάρχουν μόνο ενώσεις του λιθίου, που μπορούν να δέχονται και να ελευθερώνουν ιόντα λιθίου. Η αντιστρεπτή παρεμβολή σε γραφίτη και η παρεμβολή σε καθοδικά οξείδια ανακαλύφθηκαν τη δεκαετία του 1970 από τον J. O. Besenhard στο TU Munich. ο Besenhard πρότεινε την εφαρμογή τους στα στοιχεία λιθίου. Η αποσύνθεση του ηλεκτρολύτη και η συμπαρεμβολή του διαλύτη στον γραφίτη ήταν σημαντικά πρώιμα μειονεκτήματα για τη ζωή της μπαταρίας. Το 1973 – ο Adam Heller πρότεινε την μπαταρία θειονυλοχλωριδίου-λιθίου (lithium thionyl chloride), που εξακολουθεί να χρησιμοποιείται σε εμφυτευμένες ιατρικές συσκευές και σε στρατιωτικά συστήματα όπου αντιμετωπίζονται χρόνοι ζωής μεγαλύτεροι των 20 ετών, υψηλή ενεργειακή πυκνότητα, ή ακραίες συνθήκες λειτουργίας. Το 1977 – ο Samar Basu επέδειξε ηλεκτροχημική παρεμβολή του λιθίου σε γραφίτη στο Πανεπιστήμιο της Πενσιλβανία. Αυτό οδήγησε στην ανάπτυξη workable λιθίου σε παρεμβολή σε ηλεκτρόδιο γραφίτη στα εργαστήρια Bell (LiC6) για να δώσει μια εναλλακτική στη μπαταρία ηλεκτροδίου μεταλλικού λιθίου. Το 1979 – Δουλεύοντας σε ξεχωριστές ομάδες, στο Πανεπιστήμιο Stanford ο Ned A. Godshall κ.α., και την επόμενη χρονιά το 1980 στο Πανεπιστήμιο της Οξφόρδης, Αγγλία, οι John Goodenough και Koichi Mizushima, έδειξαν και οι δύο επαναφορτιζόμενο στοιχείο λιθίου με τάση στην περιοχή των 4 V χρησιμοποιώντας οξείδιο κοβαλτίου-λιθίου (lithium cobalt oxide) (LiCoO2) ως το θετικό ηλεκτρόδιο και μεταλλικό λίθιο ως το αρνητικό ηλεκτρόδιο. Αυτή η καινοτομία έδωσε το υλικό του θετικού ηλεκτροδίου που κατέστησε τις μπαταρίες λιθίου εμπορικά εφικτές. Το LiCoO2 ένα σταθερό υλικό για το θετικό ηλεκτρόδιο που δρα ως δότης ιόντων λιθίου, που σημαίνει ότι μπορεί να χρησιμοποιηθεί με υλικό αρνητικού ηλεκτροδίου πέρα από το μεταλλικό λίθιο. Ενεργοποιώντας τη χρήση σταθερών και εύχρηστων υλικών αρνητικού ηλεκτροδίου, το LiCoO2 άνοιξε μια ολοκαίνουργια περιοχή εφαρμογών για καινοτόμα συστήματα επαναφορτιζομένων μπαταριών. Οι Godshall κ.α. ταυτοποίησαν παραπέρα το 1979, μαζί με το LiCoO2, την παρόμοια τιμή της τριμερούς ένωσης λιθίου-μετάλλου μετάπτωσης-οξειδίων όπως ο σπινέλιος LiMn2O4, Li2MnO3, LiMnO2, LiFeO2, LiFe5O8 και LiFe5O4 (και αργότερα υλικών καθόδου λιθίου-χαλκού οξειδίου και λιθίου-νικελίου-οξειδίου το 1985) Το 1980 – Ο Rachid Yazami επέδειξε την αντίστροφη ηλεκτροχημική παρεμβολή του λιθίου σε γραφίτη. Οι διαθέσιμοι οργανικοί ηλεκτρολύτες τότε μπορούσαν να αποσυντεθούν κατά τη φόρτιση με αρνητικό ηλεκτρόδιο γραφίτη, επιβραδύνοντας την ανάπτυξη των επαναφορτιζομένων μπαταριών λιθίου/γραφίτη. Ο Yazami χρησιμοποίησε στερεό ηλεκτρολύτη για να δείξει ότι το λίθιο μπορούσε να παρεμβληθεί αντίστροφα στον γραφίτη μέσω ηλεκτροχημικού μηχανισμού. (Από το 2011, το ηλεκτρόδιο γραφίτη που εφεύρε ο Yazami είναι το πιο συνηθισμένο ηλεκτρόδιο που χρησιμοποιείται σε εμπορικές μπαταρίες ιόντων λιθίου). Το 1982 – Οι Godshall κ.α. έλαβαν ευρεσιτεχνία από τις ΗΠΑ για τη χρήση του LiCoO2 ως καθόδων σε μπαταρίες λιθίου, με βάση τη διατριβή του Godshall στο Πανεπιστήμιο Stanford και τις δημοσιεύσεις του 1979. Το 1983 – οι Michael M. Thackeray, John Goodenough και συνεργάτες ανέπτυξαν παραπέρα τον σπινέλιο μαγνησίου ως υλικό θετικού ηλεκτροδίου, μετά την ταυτοποίηση του το 1979 από τον Godshall κ.α. το 1979 (δείτε παραπάνω). Ο σπινέλιος έδωσε μεγάλες υποσχέσεις, με δεδομένο το χαμηλό του κόστος, την καλή ηλεκτρονική συμπεριφορά του, την ιοντική αγωγιμότητα του λιθίου και την τρισδιάστατη δομή που του δίνει καλή δομική σταθερότητα. Αν και ο καθαρός σπινέλιος μαγνησίου εξασθενεί με τους κύκλους, αυτό μπορεί να ξεπεραστεί με χημική τροποποίηση του υλικού. Από το 2013, ο σπινέλιος του μαγνησίου χρησιμοποιήθηκε σε εμπορικά στοιχεία. Το 1985 – Ο Akira Yoshino συναρμολόγησε ένα πρωτότυπο στοιχείο χρησιμοποιώντας ανθρακούχο υλικό στο οποίο τα ιόντα του λιθίου μπορούν να εισαχθούν ως ένα ηλεκτρόδιο και το οξείδιο κοβαλτίου-λιθίου (LiCoO2), που είναι σταθερό στον αέρα, ως το άλλο. Η χρήση υλικών χωρίς μεταλλικό λίθιο, βελτίωσε θεαματικά την ασφάλεια. Το LiCoO2 κατέστησε εφικτή τη βιομηχανική παραγωγή και αντιπροσωπεύει τη γέννηση της σύγχρονης μπαταρίας ιόντων λιθίου. Το 1989 – οι Τζων Γκούντιναφ and Arumugam Manthiram του Πανεπιστημίου του Τέξας στο Όστιν έδειξε ότι θετικά ηλεκτρόδια που περιέχουν πολυανιόντα, π.χ., θειικά, παράγουν υψηλότερες τάσεις από τα οξείδια λόγω του φαινομένου της επαγωγής του πολυανιόντος.Υπήρχαν δύο κύριες τάσεις στην έρευνα και την ανάπτυξη των υλικών ηλεκτροδίων για επαναφορτίσιμες μπαταρίες ιόντων λιθίου. Η μία προσέγγιση ήταν από τον ηλεκτροχημικό τομέα στο κεντράρισμα σε ενώσεις παρεμβολής γραφίτη, και η άλλη προσέγγιση από τον τομέα των νέων νανοκαρβονούχων υλικών.Το αρνητικό ηλεκτρόδιο των σημερινών επαναφορτιζομένων μπαταριών ιόντων λιθίου έχει την καταγωγή του στα πολυακενικό ημιαγώγιμο υλικό (PAS - polyacenic semiconductive material) που εφευρέθηκε από τον Tokio Yamabe και αργότερα από τον Shjzukuni Yata στις αρχές της δεκαετίας του 1980. Το φύτρο αυτής της τεχνολογίας, παραπέρα, ήταν η επινόηση των αγώγιμων πολυμερών από τον Hideki Shirakawa και την ομάδα του, και μπορεί να θεωρηθεί επίσης ότι είχε αρχίσει από τις μπαταρίες ιόντων λιθίου πολυαιθινίου που αναπτύχθηκαν από τους MacDiarmid, Heeger κ.α. Η απόδοση και η χωρητικότητα των μπαταριών ιόντων λιθίου αυξάνει καθώς προχωρά η ανάπτυξή τους. Το 1991 – Οι Sony και Asahi Kasei κυκλοφόρησαν την πρώτη εμπορική μπαταρία ιόντων λιθίου. Το 1996 – οι Τζων Γκούντιναφ, Akshaya Padhi και συνεργάτες πρότειναν φωσφορικό σίδηρο-λίθιο (LiFePO4) και άλλες φωσφο-ολιβίνες (φωσφορικές ενώσεις μετάλλου λιθίου με την ίδια δομή με το ορυκτό ολιβίνης) ως υλικά θετικού ηλεκτροδίου. Το 2001 – οι Zhonghua Lu και Jeff Dahn παρουσίασε μια ευρεσιτεχνία για την κατηγορία υλικών θετικού ηλεκτροδίου οξειδίου κοβαλτίου νικελίου μαγγανίου λιθίου (NMC), που προσφέρει βελτιώσεις ασφαλείας και πυκνότητας ενέργειας συγκριτικά με το πλατιά χρησιμοποιούμενο οξείδιο κοβαλτίου-λιθίου. Το 2002 – Ο Yet-Ming Chiang και η ομάδα του στο MIT εμφάνισαν μια σημαντική βελτίωση στην απόδοση των μπαταριών λιθίου αυξάνοντας την αγωγιμότητα του υλικού με πρόσμειξή του με αργίλιο, νιόβιο and ζιρκόνιο. Ο ακριβής μηχανισμός που προκάλεσε την αύξηση έγινε θέμα πλατιάς διαμάχης. το 2004 – Ο Chiang και πάλι αύξησε την απόδοση χρησιμοποιώντας σωματίδια φωσφορικού σιδήρου(III) μικρότερα από 100 νανόμετρα σε διάμετρο. Αυτό μείωσε την πυκνότητα σωματιδίων σχεδόν 100 φορές, αυξάνοντας το εμβαδόν της επιφάνειας του θετικού ηλεκτροδίου και βελτίωσε την χωρητικότητα και την απόδοση. Η εμπορικοποίηση οδήγησε σε γρήγορη ανάπτυξη την αγορά των υψηλότερης χωρητικότητας μπαταριών LIB, καθώς και μια διαμάχη ευρεσιτεχνίας μεταξύ Chiang και John Goodenough. Το 2011 – οι μπαταρίες ιόντων λιθίου υπολογίζονται στο 66% όλων των φορητών δευτερογενών (δηλαδή, επαναφορτιζόμενων) πωλήσεων μπαταριών στην Ιαπωνία. Το 2012 – Απονεμήθηκε στους John Goodenough, Rachid Yazami και Akira Yoshino μετάλλιο για τεχνολογίες ασφαλείας και περιβάλλοντος της IEEE για την ανάπτυξη της μπαταρίας ιόντων λιθίου. Το 2014 – οι εμπορικές μπαταρίες από την Amprius Corp. έφτασαν τα 650 Wh/L (μια αύξηση περίπου 20%), χρησιμοποιώντας μια άνοδο πυριτίου. Η Εθνική Ακαδημία Μηχανικής (National Academy of Engineering) αναγνώρισε τους John Goodenough, Yoshio Nishi, Rachid Yazami και Akira Yoshino για τις καινοτόμες τους προσπάθειες στο πεδίο. Το 2012 παράχθηκαν γύρω στα 660 εκατομμύρια στοιχεία κυλινδρικών ιόντων λιθίου· το μέγεθος 18650 είναι το πιο δημοφιλές κατά πολύ για κυλινδρικά στοιχεία. Η παραγωγή μετακινείται βαθμιαία προς πιο υψηλές χωρητικότητες στοιχείων 3.000+ mAh. Η ετήσια ζήτηση στοιχείων επίπεδων πολυμερών αναμένεται να ξεπεράσει τα 700 εκατομμύρια το 2013.Το 2015, οι εκτιμήσεις κόστους κυμαίνονται από $300–500/kwh.Το 2016 η GM αποκάλυψε ότι θα πληρώσει $145 / kWh για μπαταρίες στην Chevy Bolt EV. Το 2011 ήρθαν στο φως πληροφορίες όσον αφορά μια μακροπρόθεσμη αντιμονοπωλιακή παραβίαση συνωμοσίας καθορισμού τιμών μεταξύ των μεγαλύτερων κατασκευαστών μπαταριών ιόντων λιθίου που κράτησαν τις τιμές τεχνητά υψηλές από το 2000 μέχρι το 2011, σύμφωνα με μια ομαδική αγωγή που διευθετήθηκε προσωρινά με έναν από τους εναγομένους, τη Sony, το 2016. Η καταγγελία περιείχε ενδείξεις ότι οι LG, Samsung, Sanyo, Panasonic, Sony και Hitachi συμμετείχαν και σημειώνει ότι οι Sanyo και LG "δήλωσαν ένοχες για την ποινική πράξη του καθορισμού των τιμών για τις μπαταρίες ιόντων λιθίου.". Η Sony συμφώνησε να διευθετήσει με $20 εκατομμύρια και συνεργάστηκε επίσης, μεταξύ άλλων, επιτρέποντας σε εργαζομένους που επιλέχτηκαν από την ενάγουσα αρχή να διατίθενται για συνεντεύξεις, καταθέσεις και μαρτυρίες, καθώς και δίνοντας διευκρινιστικές πληροφορίες όσον αφορά το σχήμα και τα έγγραφα.. Τα τρία πρωτογενή λειτουργικά συστατικά μιας μπαταρίας ιόντων λιθίου είναι το θετικό και το αρνητικό ηλεκτρόδιο και ο ηλεκτρολύτης. Γενικά, το αρνητικό ηλεκτρόδιο ενός συμβατικού στοιχείου ιόντων λιθίου αποτελείται από άνθρακα. Το θετικό ηλεκτρόδιο είναι μεταλλικό οξείδιο και ο ηλεκτρολύτης είναι άλας λιθίου σε έναν οργανικό διαλύτη. Οι ηλεκτροχημικοί ρόλοι των ηλεκτροδίων αντιστρέφονται μεταξύ ανόδου και καθόδου, ανάλογα με την κατεύθυνση της ροής του ρεύματος μέσω του στοιχείου. Το πιο δημοφιλές εμπορικά αρνητικό ηλεκτρόδιο είναι ο γραφίτης. Το θετικό ηλεκτρόδιο είναι γενικά ένα από τρία υλικά: ένα οξείδιο σε στοιβάδα (όπως το οξείδιο κοβαλτίου-λιθίου), ένα πολυανιόν (όπως ο φωσφορικός σίδηρος-λίθιο (lithium iron phosphate) ή σπινέλιος (όπως οξείδιο μαγνησίου-λίθιου). Πρόσφατα, έχουν επίσης χρησιμοποιηθεί ως ηλεκτρόδια για μπαταρίες λιθίου, ηλεκτρόδια γραφενίου (με βάση τις δισδιάστατες και τρισδιάστατες δομές του γραφενίου).Ο ηλεκτρολύτης είναι συνήθως μείγμα ανθρακικών οργανικών όπως ανθρακικό αιθυλένιο (ethylene carbonate) ή ανθρακικό διαιθύλιο (diethyl carbonate) που περιέχουν σύμπλοκα ιόντων λιθίου. Αυτοί οι μη υδατικοί ηλεκτρολύτες χρησιμοποιούν γενικά άλατα ανιόντων μη συναρμογής (non-coordinating anion salts) όπως το εξαφθοροφωσφορικό λίθιο (LiPF6), μονοένυδρο εξαφθοροαρσενικικό λίθιο (LiAsF6), υπερχλωρικό λίθιο (LiClO4), τετραφθοροβορικό λίθιο (LiBF4) και τριφθορομεθανοσουλφονικό λίθιο (lithium triflate) (LiCF3SO3). Ανάλογα με τις επιλογές υλικών, μπορούν να αλλάξουν δραματικά η τάση, η ενεργειακή πυκνότητα, η ζωή και η ασφάλεια των μπαταριών ιόντων λιθίου. Πρόσφατα, έχουν χρησιμοποιηθεί καινοτόμες τεχνικές νανοτεχνολογίας για να βελτιωθεί η απόδοση. Το καθαρό λίθιο αντιδρά έντονα με το νερό για να σχηματίσει υδροξείδιο του λιθίου και αέριο υδρογόνο. Συνεπώς, χρησιμοποιείται συνήθως μη υδατικός διαλύτης και κλειστός περιέκτης που αποκλείει αυστηρά την υγρασία από τη συσκευασία της μπαταρίας. Οι μπαταρίες ιόντων λιθίου είναι πιο δαπανηρές από τις μπαταρίες νικελίου-καδμίου, αλλά λειτουργούν σε μια πλατύτερη περιοχή θερμοκρασιών με υψηλότερες ενεργειακές πυκνότητες. Απαιτούν προστατευτικό κύκλωμα για να περιοριστεί η τάση κορυφής. Για φορητούς υπολογιστές, τα στοιχεία ιόντων λιθίου παρέχονται ως τμήμα συστοιχίας μπαταριών με ανιχνευτές θερμοκρασίας, ρυθμιστή τάσης, επαφές τάσης, παρακολούθηση κατάστασης φόρτισης μπαταρίας και τον κύριο σύνδεσμο. Αυτά τα στοιχεία παρακολουθούν την κατάσταση της φόρτισης και του ρεύματος εισόδου και εξόδου κάθε στοιχείου, τις χωρητικότητες κάθε μεμονωμένου στοιχείου (δραστική αλλαγή μπορεί να οδηγήσει σε αντιστροφή πολικότητας που είναι επικίνδυνο), τη θερμοκρασία κάθε στοιχείου και ελαχιστοποιούν τον κίνδυνο βραχυκυκλωμάτων Στοιχεία ιόντων λιθίου (επειδή διαφέρουν από ολόκληρες τις μπαταρίες) είναι διαθέσιμα σε διάφορα σχήματα, που μπορούν να διαιρεθούν γενικά σε τέσσερις ομάδες: Μικρά κυλινδρικά (στερεό σώμα χωρίς ακροδέκτες, όπως αυτά που χρησιμοποιούνται στις μπαταρίες φορητών υπολογιστών) Μεγάλα κυλινδρικά (στερεό σώμα με μεγάλους κοχλιωτούς ακροδέκτες) Μάρσιπος (Pouch) (μαλακό, επίπεδο σώμα, όπως αυτά που χρησιμοποιούνται σε κινητά τηλέφωνα· αναφέρονται επίσης ως πολυμερή ιόντων λιθίου ή μπαταρίες πολυμερούς λιθίου) Πρισματικό (ημίσκληρη πλαστική θήκη με μεγάλους κοχλιωτούς ακροδέκτες, όπως στις συστοιχίες έλξης οχημάτων)Τα στοιχεία με κυλινδρικό σχήμα κατασκευάζονται με χαρακτηριστικό πηκτώδες ρολό (Jelly roll ή swiss roll), που σημαίνει ότι είναι ένα μοναδικό μακρύ σάντουιτς θετικού ηλεκτροδίου, διαχωριστικού μέσου, αρνητικού ηλεκτροδίου και διαχωριστικού τυλιγμένου σε μοναδικό καρούλι. Το κύριο μειονέκτημα αυτής της μεθόδου κατασκευής είναι ότι το στοιχείο θα έχει μια υψηλότερη σειριακή επαγωγή. Η απουσία θήκης δίνει στα στοιχεία μαρσίπου την υψηλότερη σταθμική ενεργειακή πυκνότητα· όμως, για πολλές πρακτικές εφαρμογές εξακολουθούν να χρειάζονται εξωτερικά μέσα συγκράτησης για να αποτραπεί επέκταση όταν το επίπεδο της κατάστασης φόρτισης τους είναι υψηλό, και για γενική δομική σταθερότητα της συστοιχίας μπαταριών στην οποία ανήκουν. Από το 2011, πολλές ερευνητικές ομάδες έχουν ανακοινώσει επιδείξεις μπαταριών ροής ιόντων λιθίου (lithium-ion flow battery) που αναρτούν το υλικό της καθόδου ή της ανόδου σε υδατικό ή οργανικό διάλυμα.Το 2014, η Panasonic δημιούργησε τη μικρότερη μπαταρία ιόντων λιθίου. Είναι σε σχήμα καρφίτσας. Έχει διάμετρο 3,5mm και βάρος 0,6g. Τα αντιδρώντα στις ηλεκτροχημικές αντιδράσεις σε μια μπαταρία ιόντων λιθίου είναι το αρνητικό και το θετικό ηλεκτρόδιο και ο ηλεκτρολύτης που παρέχει αγώγιμο μέσο ώστε τα ιόντα λιθίου να μετακινηθούν μεταξύ των ηλεκτροδίων. Η ηλεκτρική ενέργεια ρέει από ή μέσα στην μπαταρία όταν τα ηλεκτρόνια ρέουν διαμέσου εξωτερικού κυκλώματος κατά τη διάρκεια της εκφόρτισης ή της φόρτισης αντίστοιχα. Και τα δύο ηλεκτρόδια επιτρέπουν στα ιόντα του λιθίου να μετακινούνται μέσα και έξω από τις δομές τους με μια διεργασία που λέγεται εισαγωγή (παρεμβολή) ή εξαγωγή (αποπαρεμβολή), αντίστοιχα. Κατά τη διάρκεια της εκφόρτισης, τα (θετικά) ιόντα λιθίου μετακινούνται από το αρνητικό ηλεκτρόδιο (συνήθως γραφίτης = " C 6 {\displaystyle \mathrm {C_{6}} } " όπως παρακάτω) προς το θετικό ηλεκτρόδιο (σχηματίζοντας ένωση του λιθίου) μέσω του ηλεκτρολύτη, ενώ τα ηλεκτρόνια ρέουν μέσω του εξωτερικού κυκλώματος κατά την ίδια κατεύθυνση. Όταν το στοιχείο φορτίζεται, συμβαίνει το αντίθετο με τα ιόντα του λιθίου και τα ηλεκτρόνια να μετακινούνται πίσω στο αρνητικό ηλεκτρόδιο σε καθαρή υψηλότερη ενεργειακή κατάσταση. Οι παρακάτω εξισώσεις δίνουν παράδειγμα της χημείας. Το θετικό ηλεκτρόδιο (κάθοδος) της ημιαντίδρασης στο υπόστρωμα οξειδίου του κοβαλτίου με πρόσμειξη λιθίου είναι: Το αρνητικό ηλεκτρόδιο (άνοδος) της ημιαντίδρασης για τον γραφίτη είναι: Η πλήρης αντίδραση (αριστερά: φορτισμένο, δεξιά: εκφορτισμένο) είναι: Η συνολική αντίδραση έχει τα όρια της. Η υπερεκφόρτιση κάνει υπέρκορο το οξείδιο κοβαλτίου-λιθίου, οδηγώντας στην παραγωγή οξειδίου του λιθίου, πιθανόν μέσω της παρακάτω μη αντιστρεπτής αντίδρασης: Υπερφόρτωση μέχρι 5,2 βολτ οδηγεί στη σύνθεση οξειδίου του κοβαλτίου(IV), όπως αποδεικνύεται με περίθλαση ακτίνων Χ: Σε μια μπαταρία ιόντων λιθίου τα ιόντα λιθίου μεταφέρονται προς και από το θετικό και αρνητικό ηλεκτρόδιο οξειδώνοντας το στοιχείο μετάπτωσης κοβάλτιο (Co), σε Li1-xCoO2 από Co3+ σε Co4+ κατά τη διάρκεια της φόρτισης και ανάγοντας από Co4+ σε Co3+ κατά τη διάρκεια της εκφόρτισης. Η αντίδραση στο ηλεκτρόδιο κοβαλτίου είναι αντιστρεπτή μόνο για x < 0,5 (x σε mol), περιορίζοντας το βάθος της επιτρεπόμενης εκφόρτισης. Αυτή η χημεία που χρησιμοποιήθηκε στα στοιχεία ιόντων λιθίου αναπτύχθηκε από τη Sony το 1990.Η ενέργεια του στοιχείου είναι ίση με την τάση επί το φορτίο. Κάθε γραμμάριο λιθίου αντιστοιχεί σε σταθερά του Φαρεντέι/6,941 ή 13.901 coulombs. Στα 3 V, αυτό δίνει 41,7 kJ ανά γραμμάριο λιθίου, ή 11,6 kWh ανά kg. Αυτό είναι λίγο περισσότερο από τη θερμότητα καύσης της βενζίνης, αλλά δεν λαμβάνει υπόψη τα άλλα υλικά που μπαίνουν σε μια μπαταρία λιθίου και αυτό καθιστά τις μπαταρίες λιθίου πολλές φορές πιο βαριές ανά μονάδα ενέργειας. Οι τάσεις στοιχείου που δίνονται στην ενότητα ηλεκτροχημείας είναι μεγαλύτερες από το δυναμικό στο οποίο τα υδατικά διαλύματα θα ηλεκτρολυθούν. Οι υγροί ηλεκτρολύτες στις μπαταρίες ιόντων λιθίου αποτελούνται από άλατα του λιθίου, όπως εξαφθοροφωσφορικό λίθιο LiPF6]], τετραφθοροβορικό λίθιο LiBF4 ή υπερχλωρικό λίθιο LiClO4 σε οργανικό διαλύτη, όπως ανθρακικό αιθυλένιο, ανθρακικό διμεθύλιο και ανθρακικό διαιθύλιο. Ένας υγρός ηλεκτρολύτης δρα ως μια αγώγιμη οδός για την κίνηση των κατιόντων που περνούν από το αρνητικό στο θετικό ηλεκτρόδιο κατά τη διάρκεια της εκφόρτισης. Οι τυπικές αγωγιμότητες του υγρού διαλύτη σε θερμοκρασία δωματίου (20 °C (68 °F)) είναι στην περιοχή των 10 mS/cm, με αύξηση κατά περίπου 30–40% στους 40 °C (104 °F) και ελαφριά μείωση στους 0 °C (32 °F).Ο συνδυασμός των γραμμικών και κυκλικών ανθρακικών (π.χ., ανθρακικό αιθυλένιο (ethylene carbonate ή EC) και ανθρακικό διμεθύλιο (dimethyl carbonate ή DMC) προσφέρει υψηλή αγωγιμότητα και ικανότητα σχηματισμού διάφασης στερεού ηλεκτρολύτη. Απαιτείται μείγμα ανθρακικών διαλυτών υψηλής ιονικής αγωγιμότητας και χαμηλού ιξώδους, επειδή οι δύο ιδιότητες αποκλείονται αμοιβαία σε ένα υλικό.Οι οργανικοί διαλύτες αποσυντίθενται εύκολα στο αρνητικό ηλεκτρόδιο κατά τη διάρκεια της φόρτισης. Όταν χρησιμοποιούνται κατάλληλοι οργανικοί διαλύτες ως ηλεκτρολύτες, ο διαλύτης αποσυντίθεται στην αρχική φόρτιση και σχηματίζει στερεή φάση που λέγεται διάφαση στερεού ηλεκτρολύτη (solid electrolyte interphase ή SEI), που μονώνει ηλεκτρικά αν και παρέχει σημαντική ιονική αγωγιμότητα. Η διάφαση αποτρέπει την παραπέρα αποσύνθεση του ηλεκτρολύτη μετά τη δεύτερη φόρτιση. Παραδείγματος χάρη, το ανθρακικό αιθυλένιο αποσυντίθεται στη σχετικά υψηλή τάση, 0,7 V ως προς το λίθιο και σχηματίζει πυκνή και σταθερή διάφαση.Σύνθετοι ηλεκτρολύτες με βάση το πολυοξυαιθυλένιο (poly(oxyethylene ή POE) παρέχουν μια σχετικά σταθερή διάφαση. Μπορεί να είναι είτε στερεοί (υψηλή σχετική μοριακή μάζα) και να εφαρμοστούν σε ξηρά στοιχεία πολυμερούς Li, ή υγροί (χαμηλής σχετικής μοριακής μάζας) και να εφαρμοστούν σε κανονικά στοιχεία ιόντων Li. Τα ιονικά υγρά θερμοκρασίας δωματίου (Room temperature ionic liquid ή RTILs) είναι μια άλλη προσέγγιση περιορισμού της ευφλεκτότητας και της πτητικότητας των οργανικών ηλεκτρολυτών. Κατά τη διάρκεια της εκφόρτισης, τα ιόντα λιθίου (Li+) μεταφέρουν το ρεύμα μες τη μπαταρία από το αρνητικό προς το θετικό ηλεκτρόδιο, μέσω του μη-υδατικού ηλεκτρολύτη και του διαχωριστικού διαφράγματοςΚατά τη διάρκεια της φόρτισης, μια εξωτερική πηγή ηλεκτρικής ισχύος (το κύκλωμα φόρτισης) εφαρμόζει υπέρταση (υψηλότερη τάση από όσο παράγει η μπαταρία ίδιας πολικότητας), εξαναγκάζοντας το ρεύμα φόρτισης να ρέει μέσα στη μπαταρία από το θετικό προς το αρνητικό ηλεκτρόδιο, δηλαδή κατά αντίθετη κατεύθυνση από το ρεύμα εκφόρτισης σε κανονικές συνθήκες. Τα ιόντα λιθίου τότε μεταναστεύουν από το θετικό προς το αρνητικό ηλεκτρόδιο, όπου ενσωματώνονται στο πορώδες υλικό του ηλεκτροδίου σε μια διεργασία γνωστή ως παρεμβολή. Οι διεργασίες φόρτισης για τα απλά στοιχεία ιόντων λιθίου και τις πλήρεις μπαταρίες ιόντων λιθίου, είναι ελαφρώς διαφορετικές. Ένα απλό στοιχείο ιόντων λιθίου φορτίζεται σε δύο στάδια:Σταθερό ρεύμα (Constant current ή CC) Σταθερή τάση (Constant Voltage ή CV)Μια μπαταρία ιόντων λιθίου (μια συστοιχία στοιχεία ιόντων λιθίου σε σειρά) φορτίζεται σε τρία στάδια:Σταθερό ρεύμα Εξισορρόπηση (δεν απαιτείται μόλις η μπαταρία ισορροπήσει) Σταθερή τάσηΚατά τη διάρκεια της φάσης του σταθερού ρεύματος, ο φορτιστής εφαρμόζει σταθερό ρεύμα στη μπαταρία σε σταθερά αυξανόμενη τάση, μέχρι να φτάσει το όριο τάσης ανά στοιχείο. Κατά της φάσης εξισορρόπησης, ο φορτιστής μειώνει το ρεύμα φόρτισης (ή ανοιγοκλείνει για να μειώσει το μέσο ρεύμα), ενώ η κατάσταση φόρτισης των μεμονωμένων στοιχείων φέρνεται στο ίδιο επίπεδο από κύκλωμα εξισορρόπησης, μέχρι την εξισορρόπηση της μπαταρίας. Μερικοί γρήγοροι φορτιστές παραλείπουν αυτό το στάδιο. Μερικοί φορτιστές ολοκληρώνουν την εξισορρόπηση φορτίζοντας κάθε στοιχείο ανεξάρτητα. Κατά τη διάρκεια της φάσης σταθερής τάσης, ο φορτιστής εφαρμόζει τάση ίση με το μέγιστο της τάσης στοιχείου επί τον αριθμό των στοιχείων σε σειρά προς τη μπαταρία, καθώς το ρεύμα μειώνεται σταδιακά προς το 0, μέχρι το ρεύμα να είναι κάτω από το ορισμένο κατώφλι του αρχικού σταθερού ρεύματος φόρτισης κατά περίπου 3%. Περιοδική φόρτιση κορυφής περίπου μια φορά ανά 500 ώρες. Η φόρτιση κορυφής συνιστάται να αρχικοποιείται όταν η τάση πηγαίνει κάτω από 4,05 V/cell. Αποτυχία παρακολούθησης των περιορισμών ρεύματος και τάσης μπορεί να καταλήξει σε έκρηξη. Τα όρια θερμοκρασίας φόρτισης για τα ιόντα λιθίου είναι πιο αυστηρά από τα όρια λειτουργίας. Η χημεία των ιόντων λιθίου λειτουργεί καλά σε αυξημένες θερμοκρασίες, αλλά παρατεταμένη έκθεση στη θερμότητα μειώνει τη ζωή της μπαταρίας. Οι μπαταρίες των ιόντων λιθίου προσφέρουν καλή απόδοση φόρτισης σε πιο δροσερές θερμοκρασίες και ίσως ακόμα να επιτρέπουν 'γρήγορη φόρτιση' στο θερμοκρασιακό εύρος των 5 μέχρι 45 °C. Η φόρτιση πρέπει να εκτελείται μέσα σε αυτή τη θερμοκρασιακή περιοχή. Σε θερμοκρασίες από 0 μέχρι 5 °C η φόρτιση είναι δυνατή, αλλά θα πρέπει να μειωθεί το ρεύμα φόρτισης. Κατά τη διάρκεια φόρτισης χαμηλής θερμοκρασίας η μικρή αύξηση της θερμοκρασίας πάνω από το περιβάλλον λόγω της εσωτερικής αντίστασης του στοιχείου είναι ωφέλιμη. Υψηλές θερμοκρασίες κατά τη διάρκεια φόρτισης μπορεί να οδηγήσουν σε υποβάθμιση της μπαταρίας και φόρτιση σε θερμοκρασίες πάνω από 45 °C θα υποβαθμίσουν την απόδοση της μπαταρίας, ενώ σε χαμηλότερες θερμοκρασίες η εσωτερική αντίσταση της μπαταρίας μπορεί να αυξηθεί, με αποτέλεσμα πιο αργή φόρτιση και συνεπώς μεγαλύτερους χρόνους φόρτισης.Οι μπαταρίες ιόντων λιθίου για καταναλωτές δεν πρέπει να φορτίζονται σε θερμοκρασίες κάτω από 0 °C. Αν και μια συστοιχία μπαταριών μπορεί να φαίνεται ότι φορτίζεται κανονικά, μπορεί να συμβεί ηλεκτρολυτική επικάλυψη του μεταλλικού λιθίου στο αρνητικό ηλεκτρόδιο κατά τη διάρκεια φόρτισης κάτω από το σημείο πήξης και μπορεί να μην αφαιρείται ακόμα και με επαναλαμβανόμενους κύκλους. Οι περισσότερες συσκευές που είναι εφοδιασμένες με μπαταρίες ιόντων λιθίου δεν επιτρέπουν τη φόρτιση εκτός της περιοχής 0–45 °C για λόγους ασφαλείας, εκτός από τα κινητά τηλέφωνα που μπορεί να επιτρέψουν κάποιο βαθμό φόρτισης όταν ανιχνεύσουν επείγουσα κλήση σε εξέλιξη. Ειδική ενεργειακή πυκνότητα: 100 έως 250 W·h/kg (360 έως 900 kJ/kg) Ογκομετρική ενεργειακή πυκνότητα: 250 έως 620 W·h/L (900 έως 2230 J/cm³) Specific power density: 300 έως 1500 W/kg (στα 20 δευτερόλεπτα και 285 W·h/L)Επειδή οι μπαταρίες ιόντων λιθίου μπορούν να έχουν ποικιλία υλικών θετικού και αρνητικού ηλεκτροδίου, η ενεργειακή πυκνότητα και η τάση ποικίλλουν αντίστοιχα. Η τάση ανοικτού κυκλώματος είναι υψηλότερη από τις υδατικές μπαταρίες (όπως μπαταρίες μολύβδου-οξέος, νικελίου-μετάλλου υδριδίου και νικελίου-καδμίου). Η εσωτερική αντίσταση αυξάνεται με την επανάληψη της φόρτισης και την ηλικία. Η αύξηση της εσωτερικής αντίστασης προκαλεί την πτώση υπό φορτίο της τάσης στους ακροδέκτες, που μειώνει το μέγιστο ρεύμα υπερέντασης. Ενδεχομένως, η αύξηση της αντίστασης σημαίνει ότι η μπαταρία δεν μπορεί να λειτουργήσει πια για αρκετό χρόνο. Οι μπαταρίες με θετικό ηλεκτρόδιο φωσφορικού λιθίου-σιδήρου και αρνητικό ηλεκτρόδιο γραφίτη έχουν ονομαστική τάση ανοικτού κυκλώματος 3,2 V και τυπική τάση φόρτισης 3,6 V. Οι μπαταρίες με θετικό ηλεκτρόδιο οξειδίου λιθίου-νικελίου-μαγγανίου-κοβαλτίου(NMC) και αρνητικό ηλεκτρόδιο έχουν ονομαστική τάση 3,7 V με μέγιστη τάση κατά τη φόρτιση 4,2 V. Η διαδικασία φόρτισης εκτελείται σε σταθερή τάση με κύκλωμα περιορισμού ρεύματος (δηλαδή, φόρτιση με σταθερό ρεύμα μέχρι η τάση να φτάσει στα 4,2 V στο στοιχείο και συνέχιση με σταθερή εφαρμοζόμενη φόρτιση μέχρι το ρεύμα να πέσει κοντά στο μηδέν). Συνήθως, η φόρτιση τελειώνει στο 3% του αρχικού ρεύματος φόρτισης. Στο παρελθόν, οι μπαταρίες ιόντων λιθίου δεν μπορούσαν να φορτιστούν γρήγορα και χρειαζόταν τουλάχιστον δύο ώρες για πλήρη φόρτιση. Τα στοιχεία της τρέχουσας γενιάς μπορούν να φορτιστούν πλήρως σε 45 λεπτά ή λιγότερο. Το 2015 ερευνητές επέδειξαν μικρή μπαταρία χωρητικότητας 600 mAh που φορτιζόταν σε ποσοστό 68 τοις εκατό της χωρητικότητας σε δύο λεπτά και μπαταρία 3.000 mAh που φορτιζόταν κατά 48 τοις εκατό σε πέντε λεπτά. Η δεύτερη μπαταρία είχε ενεργειακή πυκνότητα 620 Wh/L. Η συσκευή χρησιμοποίησε ετεροάτομα δεσμευμένα σε μόρια γραφίτη στην άνοδο.Η απόδοση των κατασκευαζόμενων μπαταριών έχει βελτιωθεί με την πάροδο του χρόνου. Παραδείγματος χάρη, από το 1991 έως το 2005 η ενεργειακή χωρητικότητα ανά τιμή μπαταριών ιόντων λιθίου έχει βελτιωθεί περισσότερο από δέκα φορές, από 0,3Wh ανά δολάριο σε πάνω από 3Wh ανά δολάριο. Η αυξανόμενη ζήτηση για μπαταρίες έχει οδηγήσει τους πωλητές και ακαδημαϊκούς να εστιάσουν στη βελτίωση της ενεργειακής πυκνότητας, της θερμοκρασίας λειτουργίας, της ασφάλειας, της αντοχής, του χρόνου φόρτισης, της ισχύος εξόδου και του κόστους της τεχνολογίας των μπαταριών ιόντων λιθίου. Τα παρακάτω υλικά έχουν χρησιμοποιηθεί σε εμπορικά διαθέσιμα στοιχεία, ενώ παράλληλα συνεχίζεται η έρευνα για άλλα υλικά. Τα υλικά της καθόδου κατασκευάζονται γενικά από δύο γενικά υλικά: LiCoO2 και LiMn2O4. Τα υλικά με βάση το κοβάλτιο αναπτύσσουν μια ψευδοτετραεδρική δομή που επιτρέπει τη δισδιάστατη διάχυση των ιόντων του λιθίου. Οι κάθοδοι με βάση το κοβάλτιο είναι ιδανικές λόγω της υψηλής θεωρητικής ειδικής θερμοχωρητικότητας, της υψηλής ογκομετρικής χωρητικότητας, της χαμηλής αυτοεκφόρτισης, της υψηλής τάσης εκφόρτισης και της καλής απόδοσης των κύκλων. Οι περιορισμοί περιλαμβάνουν το υψηλό κόστος του υλικού και τη χαμηλή θερμική σταθερότητα. Τα υλικά με βάση το μαγνήσιο υιοθετούν το σύστημα του κυβικού κρυσταλλικού πλέγματος, που επιτρέπει την τρισδιάστατη διάχυση των ιόντων του λιθίου. Οι κάθοδοι μαγνησίου είναι ελκυστικοί, επειδή το μαγνήσιο είναι πιο φτηνό και επειδή μπορεί θεωρητικά να χρησιμοποιηθεί στην κατασκευή πιο αποτελεσματικών και μεγαλύτερης διάρκειας μπαταριών, εάν μπορέσουν να ξεπεραστούν οι περιορισμοί τους. Οι περιορισμοί περιλαμβάνουν την τάση του μαγνησίου για διάλυση στον ηλεκτρολύτη κατά τη διάρκεια του κύκλου που οδηγεί σε φτωχή σταθερότητα κύκλων για την κάθοδο. Οι κάθοδοι με βάση το κοβάλτιο είναι οι πιο συνηθισμένοι, όμως ερευνώνται άλλα υλικά με σκοπό τη μείωση του κόστους και τη βελτίωση της ζωής της μπαταρίας. Από το 2017 είναι υποψήφιο για μεγάλης κλίμακας παραγωγή μπαταριών όπως εφαρμογές ηλεκτρικών οχημάτων είναι το LiFePO4 λόγω χαμηλού κόστους και εξαιρετικής απόδοσης, αν και απαιτείται αγώγιμο μέσο άνθρακα για να ξεπεράσει τη χαμηλή του ηλεκτρική αγωγιμότητα.Εναλλακτικοί ηλεκτρολύτες παίζουν επίσης σημαντικό ρόλο, π.χ. η μπαταρία πολυμερούς λιθίου. Τα υλικά ανόδου κατασκευάζονται γενικά από γραφίτη και άλλα υλικά άνθρακα. Αυτά τα υλικά χρησιμοποιούνται επειδή είναι άφθονα και ηλεκτρικά αγώγιμα και μπορούν να παρεμβάλλουν ιόντα λιθίου για να αποθηκεύσουν ηλεκτρικό φορτίο με μέτρια επέκταση όγκου (περίπου 10%). Το πυρίτιο έχει αρχίσει να εξετάζεται ως υλικό ανόδου, επειδή μπορεί να χωρέσει σημαντικά περισσότερα ιόντα λιθίου, αποθηκεύοντας με 10 φορές το ηλεκτρικό φορτίο, όμως αυτή η κραματοποίηση μεταξύ λιθίου και πυριτίου καταλήγει σε σημαντική επέκταση του όγκου (περίπου 400%), που προκαλεί καταστροφική αποτυχία για τη μπαταρία. Έρευνα για τις ανόδους Το πυρίτιο έχει χρησιμοποιηθεί ως υλικό ανόδου, αλλά η εισαγωγή και η εξαγωγή Li+ μπορεί να δημιουργήσει ρωγμές στο υλικό. Αυτές οι ρωγμές εκθέτουν την επιφάνεια του πυριτίου (Si) στον ηλεκτρολύτη, προκαλώντας αποσύνθεση και σχηματισμό μιας διάφασης στερεού ηλεκτρολύτη (SEI) στη νέα επιφάνεια του πυριτίου (crumpled graphene encapsulated Si nanoparticles). Αυτή η SEI θα συνεχίσει να παχαίνει, να μειώνει τα διαθέσιμα Li+ και να υποβαθμίζει τη χωρητικότητα και τη σταθερότητα κύκλου της ανόδου. Έχουν γίνει προσπάθειες χρησιμοποιώντας διάφορες νανοδομές Si που περιλαμβάνουν νανοσύρματα, νανοσωλήνες, κοίλες σφαίρες, νανοσωματίδια και νανοπορώδη με σκοπό την αντοχή στην εισαγωγή/αφαίρεση (Li+) χωρίς σημαντική ρωγμάτωση. Παρόλα αυτά ο σχηματισμός της SEI σε Si εξακολουθεί να συμβαίνει. Έτσι μια επικάλυψη είναι λογική, για να εξηγήσει οποιαδήποτε αύξηση στον όγκο του Si, αλλά μια σφικτή επικάλυψη της επιφάνειας δεν είναι εφικτή. Το 2012 ερευνητές από το Πανεπιστήμιο Northwestern δημιούργησαν μια προσέγγιση στην ενθυλάκωση νανοσωματιδίων Si χρησιμοποιώντας συρρικνωμένο r-GO, οξείδιο του γραφενίου. Αυτή η μέθοδος επιτρέπει την προστασία των νανοσωματιδίων Si από τον ηλεκτρολύτη και επιτρέπει επίσης τη διαστολή του Si χωρίς να επεκτείνεται η άνοδος λόγω των ρυτίδων και των πτυχών στα σφαιρίδια του γραφενίου.Αυτές οι κάψουλες ξεκίνησαν ως υδατική διασπορά GO και σωματιδίων Si και στη συνέχεια ψεκάζονται σε σύννεφο σταγονιδίων που περνά μέσα από σωληνοειδή φούρνο. Καθώς περνούν μέσα από το υγρό εξατμίζονται, τα φύλλα GO τραβιούνται σε συρρικνωμένη σφαίρα με τριχοειδείς δυνάμεις και ενθυλακώνουν σωματίδια Si με αυτά. Υπάρχει γαλβανοστατική κατατομή φόρτισης/εκφόρτισης από 0,05 mA/cm^2 μέχρι 1 mA/cm^2 για τρέχουσες πυκνότητες από 0,2 μέχρι 4 A/g, που δίνουν 1200 mAh/g στα 0,2 A/g. Τα ιόντα στον ηλεκτρολύτη διαχέονται επειδή υπάρχουν μικρές αλλαγές στη συγκέντρωση του ηλεκτρολύτη. Εδώ, θεωρείται μόνο γραμμική διάχυση. Η αλλαγή στη συγκέντρωση, c, ως συνάρτηση του χρόνου t και της απόστασης x, είναι ∂ c ∂ t = − D ε ∂ c ∂ x {\displaystyle {\frac {\partial c}{\partial t}}=-{\frac {D}{\varepsilon }}{\frac {\partial c}{\partial x}}} Το αρνητικό πρόσημο δείχνει ότι τα ιόντα ρέουν από υψηλή προς χαμηλή συγκέντρωση. Σε αυτήν την εξίσωση, D είναι ο συντελεστής διάχυσης για το ιόν του λιθίου. Έχει τιμή 7,5 × 10−10 m/s στον ηλεκτρολύτη LiPF6. Η τιμή για το ε, το πορώδες του ηλεκτρολύτη, είναι 0,724. Οι μπαταρίες ιόντων λιθίου παρέχουν ελαφριές πηγές ισχύος υψηλής ενεργειακής πυκνότητας για διάφορες συσκευές. Για να τροφοδοτήσουν μεγαλύτερες συσκευές, όπως ηλεκτρικά οχήματα, η σύνδεση πολλών μικρών μπαταριών σε παράλληλο κύκλωμα είναι πιο αποτελεσματική από τη σύνδεση μιας μοναδικής μεγάλης μπαταρίας. Τέτοιες συσκευές περιλαμβάνουν: Φορητές συσκευές: αυτές περιλαμβάνουν κινητά τηλέφωνα, έξυπνα τηλέφωνα, φορητούς υπολογιστές, υπολογιστές ταμπλέτες, ψηφιακές φωτογραφικές μηχανές, φορητές κάμερες, ηλεκτρονικά τσιγάρα, κονσόλες παιχνιδιών χειρός και φακούς. Ηλεκτρικά εργαλεία: Οι μπαταρίες ιόντων λιθίου χρησιμοποιούνται σε εργαλεία όπως ασύρματα δράπανα, τριβεία, πριόνια και σε ποικίλο εξοπλισμό κήπου συμπεριλαμβανόμενων χορτοκοπτικών και ψαλιδιών. Ηλεκτρικά οχήματα: συμπεριλαμβανομένων ηλεκτρικών αυτοκινήτων, υβριδικών οχημάτων, ηλεκτρικών διτρόχων, προσωπικούς μεταφορείς (personal transporters) και προχωρημένα ηλεκτρικά αμαξίδια. Επίσης τηλεχειριζόμενα μοντέλα, και ειδικά οχήματα.Οι μπαταρίες λιθίου χρησιμοποιούνται σε εφαρμογές τηλεπικοινωνιών. Δευτερογενείς μη υδατικές μπαταρίες λιθίου παρέχουν αξιόπιστη ισχύ αντιγράφων για να τη φόρτιση εξοπλισμού που βρίσκεται σε περιβάλλον διαδικτύου ενός τυπικού παρόχου παροχής υπηρεσιών τηλεπικοινωνιών. Οι μπαταρίες ιόντων λιθίου που είναι συμβατές με ειδικά τεχνικά κριτήρια συνιστώνται για χρήση σε εξωτερικές εγκαταστάσεις σε τοποθεσίες όπως ελεγχόμενους περιβαλλοντικούς θόλους (Controlled Environmental Vaults ή CEVs), περιβλήματα ηλεκτρονικού εξοπλισμού (Electronic Equipment Enclosures ή EEEs) και παραπηγμάτων και σε μη ελεγχόμενες δομές όπως σε ερμάρια. Σε τέτοιες εφαρμογές οι χρήστες μπαταριών ιόντων λιθίου απαιτούν λεπτομέρειες για επικίνδυνα υλικά για τη συγκεκριμένη μπαταρία συν κατάλληλες διαδικασίες πυρόσβεσης, για να καλύπτονται οι νομοθετικές απαιτήσεις και να προστατεύονται οι εργαζόμενοι και ο περιβάλλον εξοπλισμός. Οι μπαταρίες σταδιακά, αυτοεκφορτίζονται ακόμα κι όταν δεν είναι συνδεμένες και δεν παρέχουν ρεύμα. Οι επαναφορτιζόμενες μπαταρίες Li+ έχουν ρυθμό αυτοεκφόρτισης που συνήθως δηλώνεται από τους κατασκευαστές ως 1,5-2% τον μήνα. Ο ρυθμός αυξάνεται με τη θερμοκρασία και την κατάσταση φόρτισης. Σε μια μελέτη του 2004 βρέθηκε ότι οι περισσότερες συνθήκες κυκλικής αυτοεκφόρτισης εξαρτώνται κυρίως από τον χρόνο· όμως, μετά από αρκετούς μήνες of παραμονής σε ανοικτό κύκλωμα ή συντηρητικής φόρτισης (float charge), οι απώλειες που εξαρτώνται από την κατάσταση φόρτισης γίνονται σημαντικές. Ο ρυθμός αυτοεκφόρτισης δεν αυξάνεται μονοτονικά με την κατάσταση φόρτισης, αλλά πέφτει κάπως στις ενδιάμεσες καταστάσεις φόρτισης. Οι ρυθμοί αυτοεκφόρτισης μπορεί να αυξάνονται με την ηλικία των μπαταριών.Συγκριτικά, ο ρυθμός αυτοεκφόρτισης είναι πάνω από 30% τον μήνα στις συνηθισμένες μπαταρίες νικελίου μεταλλικού υδριδίου (NiMH), και πέφτει σε περίπου 1,25% τον μήνα για τις μπαταρίες NiMH χαμηλής αυτοεκφόρτισης και σε 10% τον μήνα για τις μπαταρίες νικελίου-καδμίου. Η ζωή των επαναφορτιζόμενων μπαταριών ορίζεται συνήθως ως ο αριθμός των πλήρων κύκλων φόρτισης-εκφόρτισης πριν την σημαντική απώλεια χωρητικότητας. Η μη ενεργή αποθήκευση μπορεί επίσης να μειώσει τη χωρητικότητα. Οι πληροφορίες των κατασκευαστών καθορίζουν συνήθως τη διάρκεια ζωής με όρους αριθμών κύκλων (π.χ., γραμμική πτώση της χωρητικότητας στο 80% στους 500 κύκλους), χωρίς αναφορά σε χρονολογική ηλικία. Κατά μέσο όρο, οι διάρκειες ζωής είναι 1000 κύκλοι, αν και η απόδοση της μπαταρίας ορίζεται σπάνια σε περισσότερους από 500 κύκλους. Αυτό σημαίνει ότι οι μπαταρίες κινητών τηλεφώνων, ή άλλων συσκευών χειρός, δεν αναμένεται να διαρκέσουν για περισσότερα από τρία χρόνια. Κάποιες μπαταρίες με βάση ανόδους άνθρακα προσφέρουν πάνω από 10.000 κύκλους.Καθώς η μπαταρία εκφορτίζεται, η τάση της σταδιακά μειώνεται. Όταν μειωθεί κάτω από το κατώφλι χαμηλής τάσης του κυκλώματος προστασίας (2,4 έως 2,9 V/στοιχείο, ανάλογα με τη χημεία) το κύκλωμα αποσυνδέεται και σταματά την αποφόρτιση μέχρι να επαναφορτιστεί. Καθώς προχωρά η αποφόρτιση, ο δίσκος των περιεχομένων του μεταλλικού στοιχείου στην εσωτερική του δομή, δημιουργεί μια ανεπιθύμητη διαδρομή εκφόρτισης. Ο καθορισμός της ζωής της μπαταρίας μέσω πλήρων κύκλων αποφόρτισης, είναι το βιομηχανικό πρότυπο, αλλά μπορεί να επηρεαστεί, επειδή το πλήρες βάθος αποφόρτισης/επαναφόρτισης (DoD) μπορεί το ίδιο να ελαχιστοποιήσει τη ζωή της μπαταρίας, συγκρινόμενο με την αθροιστική απόδοση μερικής αποφόρτισης/φόρτισης σε Ah. Η προβολή από την πρότυπη χρήση στα υποδείγματα της συγκεκριμένης χρήσης μπορεί να απαιτεί πρόσθετους παράγοντες, π.χ. DoD, ρυθμό αποφόρτισης, θερμοκρασία, κλπ. Ο πολλαπλασιασμός της ζωής της μπαταρίας (στο βάθος του κύκλου) επί την χωρητικότητα δίνει τη συνολική ενέργεια που παράχθηκε κατά τη ζωή της μπαταρίας. Από αυτήν μπορεί κανείς να υπολογίσει το κόστος ανά kWh της ισχύος (συμπεριλαμβανομένου του κόστους φόρτισης). Αυτή η τιμή αποκαλύπτει ότι η ισχύς της μπαταρίας είναι τώρα δαπανηρή συγκριτικά με άλλες πηγές ισχύος. Μια μελέτη του 2015 από τον Andreas Gutsch του Τεχνολογικού Ινστιτούτου της Καρλσρούη βρήκε ότι η διάρκεια ζωής της μπαταρίας ιόντων λιθίου μπορεί να ποικίλει κατά έναν συντελεστή πέντε, με κάποια στοιχεία ιόντων λιθίου να χάνουν το 30% της χωρητικότητας μετά από 1.000 κύκλους και άλλα να έχουν καλύτερη χωρητικότητα μετά από 5.000 κύκλους. Η μελέτη βρήκε επίσης ότι τα πρότυπα ασφαλείας για κάποιες μπαταρίες δεν ικανοποιούνταν. Για αποθήκευση στατικής ενέργειας εκτιμήθηκε ότι απαιτούνται μπαταρίες με διάρκεια ζωής τουλάχιστον 3.000 κύκλων για επωφελή λειτουργία. Στη διάρκεια ζωής τους, οι μπαταρίες υποβαθμίζονται σταδιακά με μειωμένη χωρητικότητα, ζωή κύκλου και ασφάλεια λόγω χημικών μεταβολών στα ηλεκτρόδια. Η απώλεια/εξασθένιση της χωρητικότητας εκφράζεται ως ποσοστό της αρχικής φόρτισης μετά από έναν αριθμό κύκλο (π.χ., 30% απώλεια μετά 1.000 κύκλους). Η εξασθένιση μπορεί να διαχωριστεί σε ημερολογιακή απώλεια και απώλεια κύκλου. Η απώλεια κύκλου έρχεται ως αποτέλεσμα του χρόνου και μετράται από τη μέγιστη κατάσταση φόρτισης. Η Cycling loss οφείλεται στη χρήση και εξαρτάται και από τη μέγιστη κατάσταση φόρτισης και το βάθος αποφόρτισης.Η υποβάθμιση εξαρτάται πολύ από την εξάρτηση από τη θερμοκρασία· αυξάνεται εάν αποθηκεύεται ή χρησιμοποιείται σε πιο υψηλές θερμοκρασίες. Επίπεδα υψηλής φόρτισης και αυξημένων θερμοκρασιών (είτε από τη φόρτιση είτε από τον αέρα περιβάλλοντος) επισπεύδουν την απώλεια χωρητικότητας. Οι άνοδοι άνθρακα δημιουργούν θερμότητα όταν χρησιμοποιούνται. Οι μπαταρίες μπορούν να καταψυχθούν για να μειώσουν τις επιπτώσεις της θερμοκρασίας.Οι θερμοκρασίες κυλινδρικών στοιχείων καθώς και στοιχείων μαρσίπου εξαρτώνται γραμμικά από το ρεύμα εκφόρτισης. Φτωχός εσωτερικός αερισμός μπορεί να αυξήσει τις θερμοκρασίες. Οι ρυθμοί απωλειών ποικίλουν με τη θερμοκρασία: 6% απώλεια στους 0 °C (32 °F), 20% στους 25 °C (77 °F) και 35% στους 40 °C (104 °F). Αντίθετα, η ημερολογιακή ζωή των στοιχείων LiFePO4 δεν επηρεάζεται από καταστάσεις υψηλής φόρτισης.Η έλευση της στρώσης SEI βελτίωσε την απόδοση, αλλά αύξησε την ευπάθεια σε θερμική υποβάθμιση. Η στρώση αποτελείται από προϊόντα αναγωγής ανθρακικού ηλεκτρολύτη που χρησιμεύουν ως ιονικοί αγωγοί και ηλεκτρονικοί μονωτές. Σχηματίζεται και στην άνοδο και στην κάθοδο και καθορίζει πολλές παραμέτρους απόδοσης. Σε τυπικές συνθήκες, όπως θερμοκρασία δωματίου και απουσία συνεπειών φόρτισης και επιμολυντών, η στρώση φτάνει σε σταθερό πάχος μετά την πρώτη φόρτιση, επιτρέποντας στη συσκευή να λειτουργεί για χρόνια· όμως, η λειτουργία εκτός τέτοιων παραμέτρων μπορεί να υποβαθμίσει τη συσκευή μέσω πολλών αντιδράσεων. Αντιδράσεις Πέντε συνηθισμένες εξώθερμες υποβάθμισης μπορούν να συμβούν: Χημική αναγωγή του ηλεκτρολύτη από την άνοδο. Θερμική αποσύνθεση του ηλεκτρολύτη. Χημική οξείδωση του ηλεκτρολύτη από την κάθοδο. Θερμική αποσύνθεση από την κάθοδο και την άνοδο. Εσωτερικό βραχυκύκλωμα από αποτελέσματα φόρτισης. Άνοδος Η στρώση SEI που σχηματίζεται στην άνοδο είναι μείγμα οξειδίου του λιθίου, φθοριούχου λιθίου και ημιανθρακικών (π.χ., αλκυλοανθρακικό λίθιο (lithium alkyl carbonates)). Σε αυξημένες θερμοκρασίες, τα αλκυλοκαρβονικά στον ηλεκτρολύτη αποσυντίθενται σε αδιάλυτο Li2CO3 που αυξάνει το πάχος του υμενίου, περιορίζοντας την αποτελεσματικότητα της ανόδου. Αυτό αυξάνει την εμπέδηση του στοιχείου και μειώνει τη χωρητικότητα. Τα αέρια που σχηματίζονται από την αποσύνθεση του ηλεκτρολύτη μπορεί να αυξήσουν την εσωτερική πίεση του στοιχείου και δημιουργούν δυνητικό θέμα ασφαλείας σε απαιτητικά περιβάλλοντα όπως στις συσκευές κινητών.Η παρατεταμένη αποθήκευση μπορεί να προκαλέσει σταδιακή αύξηση του πάχους του υμενίου και απώλεια χωρητικότητας.Φόρτιση πάνω από 4,2 V μπορεί να ξεκινήσει επιμετάλλωση του Li+ στην άνοδο, προκαλώντας μη αντιστρεπτή απώλεια χωρητικότητας. Η τυχαιότητα του μεταλλικού λιθίου που ενσωματώνεται στην άνοδο κατά τη διάρκεια της παρεμβολής καταλήγει σε σχηματισμό δενδριτών. Με την πάροδο του χρόνου οι δενδρίτες μπορούν να συσσωρεύσουν και να διαπεράσει το διαχωριστικό, προκαλώντας βραχυκύκλωμα που οδηγεί σε θερμότητα, φωτιά ή έκρηξη. Αυτή η διαδικασία αναφέρεται ως θερμική διαφυγή (thermal runaway).Η εκφόρτιση κάτω από τα 2 V μπορεί επίσης να οδηγήσει σε απώλεια χωρητικότητας. Ο χάλκινος αγωγός ρεύματος ανόδου μπορεί να διαλυθεί στον ηλεκτρολύτη. Κατά τη φόρτιση, τα ιόντα χαλκού μπορεί να αναχθούν στην άνοδο σε μεταλλικό χαλκό. Με την πάροδο του χρόνου, μπορεί να σχηματιστούν δενδρίτες χαλκού και να προκαλέσουν βραχυκύκλωμα, κατά τον ίδιο τρόπο όπως στο λίθιο.Το 2016 αποκαλύφθηκε μέσω των Wikileaks και άλλων πηγών ότι στοιχείο 4900mAh LiCoO2 ήταν σε χρήση σε στρατιωτικό εξοπλισμό, που παρακάμπτει το πρόβλημα δενδρίτη Cu με αντικατάσταση με χρυσό (Au) στην άνοδο και απόρρητο μείγμα για τον αγωγό ρεύματος καθόδου αργιλίου. Άλλες βελτιώσεις περιλαμβάνουν τη χρήση εσωτερικών ανιχνευτών πίεσης με βάση τα MEMS (μικροηλεκτρομηχανικά συστήματα), διήθηση ηλεκτρολύτη και υγρή ψύξη των διατάξεων χρησιμοποιώντας SF6. Υψηλοί ρυθμοί κύκλων και κατάστασης φόρτισης επάγουν μηχανική τάση στο πλέγμα γραφίτη της ανόδου. Η μηχανική τάση που προκαλείται από παρεμβολή και αποπαρεμβολή δημιουργεί ρωγμές και σπασίματα των σωματιδίων του γραφίτη, αλλάζοντας τον προσανατολισμό τους. Αυτή η αλλαγή προσανατολισμού καταλήγει σε απώλεια χωρητικότητας. Ηλεκτρολύτες Οι μηχανισμοί υποβάθμισης του ηλεκτρολύτη περιλαμβάνουν υδρόλυση και θερμική αποσύνθεση.Σε συγκεντρώσεις περίπου στα 10 ppm, το νερό αρχίζει την κατάλυση πολλών προϊόντων υποβάθμισης που μπορούν να επηρεάσουν τον ηλεκτρολύτη, την άνοδο και την κάθοδο. Το LiPF6 συμμετέχει σε αντίδραση ισορροπίας με LiF και PF5. Κάτω από τυπικές συνθήκες, η ισορροπία βρίσκεται μακριά προς τα αριστερά. Όμως η παρουσία του νερού δημιουργεί σημαντικό LiF, ένα αδιάλυτο, ηλεκτρονικά μονωτικό προϊόν. Το LiF συνδέεται με την επιφάνεια της ανόδου, αυξάνοντας το πάχος του υμενίου.Η υδρόλυση του LiPF6 δίνει PF5, ένα ισχυρό οξύ κατά Lewis που αντιδρά με ουσίες πλούσιες σε ηλεκτρόνια, όπως το νερό. Το PF5 αντιδρά με το νερό για να σχηματίσει υδροφθορικό οξύ (HF) και οξυφθοριούχο φώσφορο (phosphorus oxyfluoride). Ο οξυφθοριούχος φώσφορος με τη σειρά του σχηματίζει πρόσθετο HF και διφθοροϋδροξυ φωσφορικό οξύ. Το HF μετατρέπει το συμπαγές υμένιο SEI σε εύθραυστο. Στην κάθοδο, ο ανθρακικός διαλύτης μπορεί κατόπιν να διαχυθεί στο οξείδιο της καθόδου με το πέρασμα του χρόνου, απελευθερώνοντας θερμότητα και θερμική διαφυγή.Η αποσύνθεση των αλάτων του ηλεκτρολύτη και οι αλληλεπιδράσεις μεταξύ των αλάτων και του διαλύτη ξεκινούν από τους 70° C. Σημαντική αποσύνθεση συμβαίνει σε πιο υψηλές θερμοκρασίες. Στους 85° C σχηματίζονται προϊόντα μετεστεροποίησης, όπως διμεθυλ-2,5-καρβοξυλικό διοξαεξάνιο (dimethyl-2,5-dioxahexane carboxylate ή DMDOHC) από EC που αντιδρούν με DMC. Κάθοδος Το πιο πλατιά χρησιμοποιούμενο υλικό της καθόδου είναι το οξείδιο κοβαλτίου-λιθίου (Lithium cobalt oxide) (LiCoO2). Το οξείδιο μαγνησίου-λιθίου (Lithium manganese oxide) (LiMn2O4) είναι μια δυνητική εναλλακτική ουσία, λόγω του χαμηλού κόστους του και της ευκολίας της παρασκευής της, αλλά ο σχετικά χαμηλός κύκλος του και οι χαμηλές δυνατότητες αποθήκευσης έχουν αποτρέψει την εμπορική αποδοχή του.Οι μηχανισμοί υποβάθμισης της καθόδου περιλαμβάνουν τη διάλυση του μαγνησίου, την οξείδωση του ηλεκτρολύτη και τη δομική αταξία.Στο LiMnO4 το υδροφθορικό οξύ καταλύει την απώλεια του μεταλλικού μαγνησίου μέσω της αυτοοξειδοαναγωγής του τρισθενούς μαγνησίου: 2Mn3+ → Mn2++ Mn4+Η απώλεια υλικού του σπινελίου καταλήγει σε εξασθένηση ισχύος. Θερμοκρασίες από 50° C ξεκινούν απόθεση Mn2+ στην άνοδο ως μεταλλικού μαγνησίου με τα ίδια φαινόμενα όπως στην επιμετάλλωση λιθίου και χαλκού. Οι κύκλοι φόρτισης στις θεωρητικά μέγιστες και ελάχιστες σταθερές τάσεις καταστρέφουν το κρυσταλλικό πλέγμα μέσω της παραμόρφωσης Jahn-Teller, που συμβαίνει όταν το Mn4+ ανάγεται σε Mn3+ κατά τη διάρκεια της εκφόρτισης.Η αποθήκευση φορτισμένης μπαταρίας σε μεγαλύτερη τάση από 3,6 V ξεκινά την οξείδωση του ηλεκτρολύτη από την κάθοδο και επάγει τον σχηματισμό στρώσης SEI στην κάθοδο. Όπως με την άνοδο, υπερβολικός σχηματισμός SEI σχηματίζει μονωτή με αποτέλεσμα την εξασθένηση της χωρητικότητας, και άνιση κατανομή ρεύματος.Η αποθήκευση σε λιγότερο από 2 V καταλήγει σε αργή υποβάθμιση των καθόδων LiCoO2 και LiMn2O4, την απελευθέρωση οξυγόνου και τη μη αντιστρεπτή απώλεια χωρητικότητας. Η ανάγκη για "προσαρμογή" των μπαταριών ιόντων λιθίου είναι αβάσιμη. Η σύσταση για τις παλιότερες τεχνολογίες είναι να αφήσουμε τη συσκευή συνδεμένη για επτά ή οχτώ ώρες, ακόμα κι αν είναι πλήρως φορτισμένη. Αυτό μπορεί να προκαλέσει σύγχυση στις οδηγίες βαθμονόμησης λογισμικού μπαταρίας με τις οδηγίες "κλιματισμού" για μπαταρίες NiCd και NiMH. Οι μπαταρίες ιόντων λιθίου απαιτούν σύστημα διαχείρισης μπαταριών (battery management system ή BMS) για να αποτρέψουν τη λειτουργία εκτός της ασφαλούς περιοχής λειτουργίας κάθε στοιχείου (μέγιστη φόρτιση, ελάχιστη φόρτιση, ασφαλής περιοχή θερμοκρασίας) και να εξισορροπεί τα στοιχεία για να εξαλείψει τις παράταιρες καταστάσεις φόρτισης. Αυτό βελτιώνει σημαντικά την αποτελεσματικότητα της μπαταρίας και αυξάνει την χωρητικότητα. Καθώς αυξάνεται ο αριθμός των στοιχείων και των ρευμάτων φόρτισης, αυξάνεται η πιθανότητα για ασυμφωνία. Τα δύο είδη ασυμφωνίας είναι η κατάσταση φόρτισης (state-of-charge ή SOC) και η χωρητικότητα/ενέργεια ("C/E"). Αν και η SOC είναι πιο συνηθισμένη, κάθε πρόβλημα περιορίζει τη χωρητικότητα φόρτισης της συστοιχίας (mA·h) στη χωρητικότητα του πιο ασθενούς στοιχείου. Εάν υπερθερμανθούν ή υπερφορτιστούν, οι μπαταρίες ιόντων λιθίου, μπορεί να υποστούν θερμική διαφυγή και διάρρηξη του στοιχείου. Σε ακραίες καταστάσεις αυτό μπορεί να οδηγήσει σε διαρροή, έκρηξη ή πυρκαγιά. Για να μειωθούν αυτοί οι κίνδυνοι, πολλά στοιχεία ιόντων λιθίου (και συστοιχίες μπαταριών) περιέχουν κύκλωμα ασφάλειας από σφάλμα που αποσυνδέει την μπαταρία όταν η τάση του είναι εκτός της περιοχής ασφαλείας των 3–4,2 V ανά στοιχείο. ή όταν υπερφορτιστεί ή εκφορτιστεί. Οι συστοιχίες μπαταριών λιθίου, είτε κατασκευάζονται από πωλητή ή τελικό χρήστη, χωρίς αποτελεσματική διαχείριση κυκλωμάτων μπαταρίας είναι ευπαθείς σε αυτά τα θέματα. Άσχημα σχεδιασμένα ή υλοποιημένα κυκλώματα διαχείρισης μπορεί επίσης να προκαλέσουν προβλήματα· είναι δύσκολο να είναι κανείς βέβαιος ότι οποιαδήποτε μεμονωμένο κύκλωμα διαχείρισης μπαταρίας είναι κατάλληλα κατασκευασμένο. Τα στοιχεία ιόντων λιθίου είναι πολύ ευπαθή σε ζημιές εκτός της επιτρεπόμενης περιοχής τάσης που είναι συνήθως (2,5 έως 3,65) V για τα περισσότερα στοιχεία LFP. Η υπέρβαση αυτής της περιοχής τάσης, ακόμα και κατά μικρές τάσης (χιλιοστά του βολτ) καταλήγει σε πρόωρη γήρανση των στοιχείων και, συνεπώς, καταλήγει σε κινδύνους ασφαλείας λόγω των ενεργών συστατικών στα στοιχεία. Όταν αποθηκεύονται για παρατεταμένες περιόδους το μικρό λαμβανόμενο ρεύμα του κυκλώματος προστασίας μπορεί να αδειάσει τη μπαταρία κάτω από την τάση αποκοπής· οι κανονικοί φορτιστές μπορεί τότε να είναι άχρηστοι επειδή η BMS μπορεί να κρατά μια εγγραφή αυτής της 'αποτυχίας' αυτής της μπαταρίας (ή του φορτιστή). Πολλοί τύποι στοιχείων ιόντων λιθίου δεν μπορούν να φορτιστούν με ασφάλεια κάτω από τους 0 °C.Άλλα χαρακτηριστικά ασφάλειας που απαιτούνται σε κάθε στοιχείο: Διαχωριστής απενεργοποίησης (Shut-down separator) (για υπερθέρμανση) Καπάκι αποκοπής (Tear-away tab) (για εσωτερική εκτόνωση πίεσης) Απαέρωση (εκτόνωση πίεσης σε περίπτωση σοβαρής απαέρωσης) Θερμική διακοπή (έκθεση σε υπερένταση/υπερφόρτιση/περιβάλλοντα)Αυτά τα χαρακτηριστικά απαιτούνται, επειδή το αρνητικό ηλεκτρόδιο παράγει θερμότητα κατά τη διάρκεια της χρήσης, ενώ το θετικό ηλεκτρόδιο μπορεί να παραγάγει οξυγόνο. Όμως, αυτές οι πρόσθετες διατάξεις καταλαμβάνουν χώρο μέσα στα στοιχεία, προσθέτουν σημεία αποτυχίας και μπορεί να απενεργοποιήσουν μη αντιστρεπτά το στοιχείο όταν ενεργοποιηθεί. Επιπλέον, αυτά τα χαρακτηριστικά αυξάνουν τα κόστη συγκρινόμενα με τις μπαταρίες υδριδίου νικελίου-μετάλλου, που απαιτούν μόνο μια διάταξη ανασυνδυασμού υδρογόνου/οξυγόνου και μια εφεδρική βαλβίδα πίεσης. Επιμολυντές μέσα στα στοιχεία μπορεί να ανατρέψουν αυτές τις διατάξεις ασφαλείας. Επίσης, αυτά τα χαρακτηριστικά δεν μπορούν να εφαρμοστούν σε όλα τα είδη στοιχείων, π.χ. τα πρισματικά στοιχεία υψηλού ρεύματος δεν μπορούν να εφοδιαστούν με απαερισμό ή θερμική διακοπή. Στοιχεία υψηλού ρεύματος δεν πρέπει να παράγουν υπερβολική θερμότητα ή οξυγόνο, για να μην υπάρξει αστοχία, ενδεχομένως βίαιη. Αντίθετα, πρέπει να είναι εξοπλισμένα με εσωτερικές θερμικές ασφάλειες που δρουν πριν να φτάσουν η άνοδος και η κάθοδος τα θερμικά τους όρια. Βραχυκύκλωμα μιας μπαταρίας θα προκαλέσει την υπερθέρμανση του στοιχείου και ενδεχομένως να πιάσει φωτιά. Γειτονικά στοιχεία μπορεί τότε να υπερθερμανθούν και να αστοχήσουν, προκαλώντας ενδεχομένως την ανάφλεξη ή ρήξη της συνολικής μπαταρίας. Σε περίπτωση πυρκαγιάς, η συσκευή μπορεί να εκπέμψει πυκνό ερεθιστικό καπνό. Το ενεργειακό περιεχόμενο πυρκαγιάς (ηλεκτρικό + χημικό) των στοιχείων οξειδίου κοβαλτίου είναι περίπου 100 έως 150 kJ/(A·h), που το μεγαλύτερο μέρος είναι χημικό.Η αντικατάσταση του θετικού ηλεκτροδίου οξειδίου κοβαλτίου-λιθίου στις μπαταρίες ιόντων λιθίου με φωσφορικό μέταλλο-λίθιο όπως ο φωσφορικός σίδηρος-λίθιο βελτιώνει τους αριθμούς των κύκλων, τη διάρκεια ζωής και την ασφάλεια, αλλά μειώνει τη χωρητικότητα. Από το 2006 αυτές οι 'πιο ασφαλείς' μπαταρίες ιόντων λιθίου χρησιμοποιούνται κυρίως σε ηλεκτρικά αυτοκίνητα και σε άλλες εφαρμογές μπαταριών υψηλής χωρητικότητας, όπου η ασφάλεια είναι κρίσιμη.Οι μπαταρίες ιόντων λιθίου, αντίθετα με τις άλλες επαναφορτίσιμες μπαταρίες, έχουν έναν δυνητικά επικίνδυνο, υπό πίεση, εύφλεκτο, υγρό διαλύτη, και απαιτούν αυστηρό ποιοτικό έλεγχο κατά την κατασκευή. Οι ελαττωματικές μπαταρίες μπορούν να προκαλέσουν σοβαρή πυρκαγιά. Ελαττωματικοί φορτιστές μπορούν να επηρεάσουν την ασφάλεια των μπαταριών, επειδή μπορούν να καταστρέψουν το κύκλωμα προστασίας της μπαταρίας. Κατά τη φόρτιση σε θερμοκρασίες κάτω του 0 °C, το αρνητικό ηλεκτρόδιο των στοιχείων επιμεταλλώνεται με καθαρό λίθιο, που μπορεί να διακινδυνεύσει την ασφάλεια όλης της συστοιχίας. Η πυρκαγιά είναι συχνά σοβαρή, αλλά μπορεί να γίνει και καταστροφική. Το 2010 μεγάλες μπαταρίες ιόντων λιθίου εισάχθηκαν αντί για άλλα χημικά σε συστήματα ισχύος σε κάποια αεροπλάνα· από το 2014 υπήρξαν τουλάχιστον τέσσερις σοβαρές πυρκαγιές ή καπνοί σε μπαταρίες ιόντων λιθίου σε επιβατικά αεροπλάνα Μπόινγκ 787, που δεν προκάλεσαν πτώσεις, αλλά υπήρξε η δυνατότητα να συμβεί αυτό.Επιπλέον, αρκετές πτώσεις αεροπλάνων αποδόθηκαν σε φλεγόμενες μπαταρίες ιόντων λιθίου. Το UPS Airlines Flight 6 κατέπεσε στο Ντουμπάι αφού το ωφέλιμο φορτίο των μπαταριών του αναφλέχτηκε στιγμιαία, καταστρέφοντας σταδιακά κρίσιμα συστήματα του αεροπλάνου που ενδεχομένως το κατέστησαν ανεξέλεγκτο. Επειδή οι μπαταρίες ιόντων λιθίου περιέχουν λιγότερα τοξικά μέταλλα από τους άλλους τύπους μπαταριών που μπορεί να περιέχουν μόλυβδο ή κάδμιο κατηγοριοποιούνται γενικά στα μη επιβλαβή απόβλητα. Τα στοιχεία μπαταριών ιόντων λιθίου περιλαμβάνουν σίδηρο, χαλκό και κοβάλτιο και θεωρούνται ασφαλή για αποτεφρωτές και ΧΥΤΑ. Αυτά τα μέταλλα μπορούν να ανακυκλωθούν, αλλά η εξόρυξη παραμένει γενικά πιο φτηνή από την ανακύκλωση. Προς το παρόν, δεν έχουν επενδυθεί πολλά στην ανακύκλωση μπαταριών ιόντων λιθίου λόγω του κόστους, της περιπλοκότητας και της χαμηλής απόδοσης. Το πιο ακριβό μέταλλο που εμπλέκεται στην κατασκευή των στοιχείων είναι το κοβάλτιο. Ο φωσφορικός σίδηρος-λίθιο είναι πιο φτηνός, αλλά έχει άλλα μειονεκτήματα. Το λίθιο είναι λιγότερο ακριβό από τα άλλα χρησιμοποιούμενα μέταλλα, αλλά η ανακύκλωση μπορεί να αποτρέψει μια μελλοντική έλλειψη. Οι διαδικασίες παρασκευής του νικελίου και του κοβαλτίου και ο διαλύτης εμφανίζουν δυνητικούς κινδύνους για το περιβάλλον και την υγεία. Η παρασκευή ενός χιλιογράμμου μπαταρίας ιόντων λιθίου καταναλώνει ενέργεια ισοδύναμη με 1,6 kg πετρελαίου. Τον Οκτώβριο του 2004 η Kyocera Wireless ανακάλεσε περίπου 1 εκατομμύριο μπαταρίες κινητών τηλεφώνων για να ταυτοποιήσει απομιμήσεις. Τον Δεκέμβριο του 2005 η Dell ανακάλεσε περίπου 22.000 μπαταρίες φορητών υπολογιστών και 4,1 εκατομμύρια τον Αύγουστο του 2006. Το 2006 ανακλήθηκαν περίπου 10 εκατομμύρια μπαταρίες Sony που χρησιμοποιούντο σε φορητούς υπολογιστές Dell, Sony, Apple, Lenovo, Panasonic, Toshiba, Hitachi, Fujitsu και Sharp. Οι μπαταρίες βρέθηκε ότι ήταν ευπαθείς σε εσωτερική μόλυνση από σωματίδια μετάλλου κατά την κατασκευή. Κάτω από κάποιες συνθήκες, αυτά τα σωματίδια μπορούσαν να διαπεράσουν τον διαχωριστή, προκαλώντας επικίνδυνο βραχυκύκλωμα. Τον Μάρτιο του 2007 ο κατασκευαστής υπολογιστών Lenovo ανακάλεσε περίπου 205.000 μπαταρίες λόγω κινδύνου έκρηξης. Τον Αύγουστο του 2007 ο κατασκευαστής κινητών τηλεφώνων Nokia ανακάλεσε πάνω από 46 εκατομμύρια μπαταρίες λόγω κινδύνου υπερθέρμανσης και έκρηξης. Ένα τέτοιο συμβάν συνέβη στις Φιλιππίνες που εμπλέκει ένα Nokia N91, που χρησιμοποιούσε μπαταρία BL-5C. Τον Σεπτέμβριο του 2016 η Samsung ανακάλεσε περίπου 2,5 εκατομμύρια τηλέφωνα Galaxy Note 7 μετά από 35 επιβεβαιωμένες πυρκαγιές. Η ανάκληση οφειλόταν σε κατασκευαστικό σφάλμα σχεδίασης στις μπαταρίες Samsung που προκάλεσε την εσωτερική επαφή του θετικού και του αρνητικού πόλου. Η IATA εκτιμά ότι πάνω από ένα δισεκατομμύριο στοιχεία λιθίου διαρρέουν κάθε χρόνο.Το μέγιστο μέγεθος των μπαταριών στις ΗΠΑ (είτε εγκατεστημένων σε συσκευή ή ως ανταλλακτικές μπαταρίες) που μπορεί να μεταφερθεί είναι αυτής που έχει ισοδύναμο περιεχόμενο λιθίου (ELC) που δεν ξεπερνά τα 8 γραμμάρια ανά μπαταρία. Εκτός από τη μεταφορά μιας ή δύο μπαταριών, καθεμιά μπορεί να έχει ELC όχι περισσότερο από 25 γραμμάρια η καθεμιά. Η ELC για κάθε μπαταρία βρίσκεται πολλαπλασιάζοντας την χωρητικότητα σε αμπερώρια κάθε στοιχείου επί 0,3 και πολλαπλασιάζοντας έπειτα το αποτέλεσμα με τον αριθμό των στοιχείων στην μπαταρία. Το τελικό υπολογιζόμενο περιεχόμενο σε λίθιο δεν είναι το πραγματικό περιεχόμενο σε λίθιο, αλλά ένας θεωρητικός αριθμός μόνο για μεταφορικούς σκοπούς. Όταν στέλνονται μπαταρίες ιόντων λιθίου, όμως, εάν το συνολικό περιεχόμενο του λιθίου στο στοιχείο υπερβαίνει τα 1,5 g, το πακέτο πρέπει να σημειωθεί ως "Κλάση 9 διάφορα επικίνδυνα υλικά". Αν και οι συσκευές που περιέχουν μπαταρίες ιόντων λιθίου μπορούν να μεταφερθούν σε ελεγμένες συσκευασίες, οι εφεδρικές μπαταρίες μπορούν να μεταφερθούν μόνο σε χειροαποσκευή. Πρέπει να προστατεύονται από βραχυκύκλωμα και να παρέχονται συμβουλές παραδειγμάτων στους κανονισμούς μεταφορών για ασφαλή συσκευασία και μεταφορά· π.χ. αυτές οι μπαταρίες πρέπει να είναι στην αρχική προστατευτική συσκευασία τους ή, "καλύπτοντας τους εκτιθέμενους ακροδέκτες ή τοποθετώντας κάθε μπαταρία σε ξεχωριστή πλαστική συσκευασία ή προστατευτική σακούλα". Αυτοί οι περιορισμοί δεν εφαρμόζονται σε μπαταρία ιόντων λιθίου που είναι τμήμα αμαξιδίου ή βοήθημα κινητικότητας (συμπεριλαμβανόμενων των εφεδρικών μπαταριών) στις οποίες εφαρμόζονται διαφορετικό σύνολο κανόνων και κανονισμών.Μερικές ταχυδρομικές υπηρεσίες περιορίζουν την αεροπορική αποστολή (συμπεριλαμβανομένης της Express Mail Service (EMS)) μπαταριών λιθίου ή ιόντων λιθίου, είτε ως ξεχωριστές ή ως εγκατεστημένες σε εξοπλισμό. Τέτοιοι περιορισμοί εφαρμόζονται στο Χονγκ Κονγκ, την Αυστραλία και την Ιαπωνία. Άλλες ταχυδρομικές υπηρεσίες, όπως η Royal Mail του Ηνωμένου Βασιλείου μπορεί να επιτρέπουν περιορισμένη μεταφορά μπαταριών ή στοιχείων που είναι λειτουργικά, αλλά να απαγορεύουν πλήρως τις γνωστές ελαττωματικές μπαταρίες, που είναι πιθανό να είναι σημαντικό για αυτούς που ανακαλύπτουν ελαττωματικές μπαταρίες που αγοράστηκαν μέσω ταχυδρομικών εντολών. Η IATA παρέχει λεπτομέρειες στο έγγραφο Lithium Battery Guidance που διαθέτει η Royal Mail. Στις 16 Μαΐου 2012, η United States Postal Service (USPS) απαγόρευσε την αποστολή οτιδήποτε περιέχει μπαταρία λιθίου σε εξωχώρια διεύθυνση, μετά από πυρκαγιές κατά τη μεταφορά μπαταριών. Αυτός ο περιορισμός κατέστησε δύσκολη την αποστολή οτιδήποτε που περιείχε μπαταρίες λιθίου στο στρατιωτικό προσωπικό στο εξωτερικό, επειδή η USPS ήταν ο μοναδικός τρόπος αποστολής σε αυτές τις διευθύνσεις· η απαγόρευση αναιρέθηκε στις 15 Νοεμβρίου 2012. Οι United Airlines και Delta Air Lines απέκλεισαν τις μπαταρίες ιόντων λιθίου το 2015 μετά από αναφορά της FAA για αλυσιδωτές αντιδράσεις.Το Boeing 787 Dreamliner που εμφάνισε πρόβλημα στις μπαταρίες του χρησιμοποιεί μεγάλες μπαταρίες οξειδίου κοβαλτίου-λιθίου, που είναι πιο δραστικές από τους νεότερους τύπους μπαταριών όπως LiFePO4. Οι ερευνητές εργάζονται στη βελτίωση της πυκνότητας ισχύος, της ασφάλειας, της διάρκειας του κύκλου (της ζωής της μπαταρίας), του χρόνου επαναφόρτισης, του κόστους, της ευελιξίας και άλλων χαρακτηριστικών, καθώς και των μεθόδων έρευνας και χρήσεων αυτών των μπαταριών. Ερευνητές στην IBM στην Ινδία ανέφεραν πειραματική παροχή ισχύος με χρήση στοιχείων ιόντων λιθίου από απορριπτόμενες συστοιχίες μπαταριών φορητών υπολογιστών για χρήση σε περιοχές των αναπτυσσόμενων χωρών που είναι χωρίς ηλεκτρισμό. Τον Νοέμβριο του 2016, η Yasunaga, ένας ιαπωνικός κατασκευαστής μπαταριών, αποκάλυψε ότι έχουν αναπτύξει ειδική επεξεργασία επιφάνειας θετικού ηλεκτροδίου που μπορεί να επιτρέψει στην μπαταρία να έχει περισσότερες από δώδεκα φορές τον κύκλο της ζωής μιας συμβατικής μπαταρίας ιόντων λιθίου. Οι μπαταρίες δοκιμάστηκαν από 60.000 έως 102.400 κύκλους πριν να πέσουν στο 70% της αρχικής νέας χωρητικότητας, σε σύγκριση με τις συμβατικές μπαταρίες που είχαν μόνο 5000 έως 6000 κύκλους. Αυτή η τεχνολογία εμφάνισε, επίσης, 12% μείωση στην αντίσταση του στοιχείου. Η Yasunaga σχολίασε επίσης ότι η ζωή αναμένεται να γίνει ακόμα πιο μεγάλη όταν εφαρμοστεί η ίδια τεχνολογία σε αρνητικά ηλεκτρόδια. Τον Μάρτιο του 2017, η American Lithium Energy στην Καλιφόρνια αποκάλυψε σχέδια για μαζική παραγωγή της τεχνολογίας της ασφαλούς πυρήνα που αναπτύχθηκε για χρήση από το Υπουργείο Άμυνας, το Υπουργείο Ενέργειας και ερευνητικά εργαστήρια. Η τεχνολογία επικεντρώθηκε αρχικά σε μπαταρίες οχημάτων ώστε να μην πιάνουν φωτιά εάν υποστούν ζημιά σε σύγκρουση και οδήγησε σε μπαταρίες ασφαλείς ως προς σφαίρες για στρατεύματα. «Αυτό που κάναμε ήταν να βάλουμε μια ασφάλεια μέσα στο στοιχείο, έτσι όταν κάτι πήγαινε στραβά μέσα, η ασφάλεια θα αρχίσει να δρα και θα διακόψει το ρεύμα (πριν φτάσει την κρίσιμη θερμοκρασία) και τότε η μπαταρία θα είναι ασφαλής», δήλωσε ο Jiang Fan, ιδρυτής και επικεφαλής της εταιρείας. Ο Fan έδωσε επίσης μια χρήσιμη προοπτική στην ανάπτυξη ιόντων λιθίου. «Καθώς ο άνθρωπος προσπαθεί να βάλει περισσότερη ενέργεια στο στοιχείο, καταλήγουν κάνοντας συμβιβασμούς. Κάθε τι είναι ένας μικρός συμβιβασμός από άποψη ασφαλείας, αλλά καθιστά το συνολικό σύστημα λιγότερο σφριγηλό. Έτσι το επίπεδο των κατασκευαστικών ελαττωμάτων που μπορεί να αντέξει η μπαταρία είναι χαμηλότερο.» Lithium batteries στο Curlie Energy Storage Safety at National Renewable Energy Laboratory NREL Innovation Improves Safety of Electric Vehicle Batteries, National Renewable Energy Laboratory, October 2015 Degradation Mechanisms and Lifetime Prediction for Lithium-Ion Batteries - A Control Perspective, National Renewable Energy Laboratory, July 2015. Addressing the Impact of Temperature Extremes on Large Format Li-ion Batteries for Vehicle Applications, National Renewable Energy Laboratory, March 2013. IATA. Dangerous Goods (Hazmat): Lithium Batteries - Guidance. Investigation of the fire performance of lithium-ion- and lithium-metal-batteries in various applications and derivative of tactical recommendations (Research Report in German, Forschungsstelle für Brandschutztechnik, Karlsruhe Institute of Technology - KIT) (PDF)