باتری لیتیوم یون (به اختصار LIB) یک نوع باتری قابل شارژ است که در آن هنگام تخلیه و شارژ، یون های لیتیوم از الکترودهای منفی به الکترود مثبت حرکت می کنند.در مقایسه با باتری های غیر قابل شارژ که از فلز لیتیم بهره می گیرند در باتری های یون لیتیوم از ترکیبات لیتیومی به عنوان ماده ی یک الکترود استفاده می شود.
باتری های لیتیوم یون باتری های قابل شارژ معمول برای دستگاه های قابل حمل،با تراکم انرژی بالا، می باشند.باتری های یون لیتیوم برای ارتش، وسایل نقلیه الکتریکی باتری و برنامه های کاربردی هوا فضا محبوبیت رو به رشدی دارند.
زمینه های تحقیقاتی برای باتری های لیتیوم یون شامل گسترش عمر، چگالی انرژی، ایمنی، کاهش هزینه و سرعت شارژ، نسبت به سایر باتری هاست.تحقیقات برای باتری های لیتیوم یونی آبی نیز انجام شده است که به علت استفاده از الکترولیت های غیر قابل اشتعال، خطرات امنیتی بالقوه کمتری را نشان می دهند.
سلول یک واحد الکتروشیمیایی پایه است که حاوی الکترودها، جداساز و الکترولیت است.
یک باتری یا بسته باتری مجموعه ای از سلول ها یا مجموعه های سلولی است که دارای مسکن، اتصالات برق و احتمالا الکترونیک برای کنترل و حفاظت می باشد.
برای سلول های قابل شارژ، اصطلاح کاتد الکترودی را تعیین می کند که در طی چرخه تخلیه کاهش می یابد. برای سلولهای یون لیتیوم، الکترودهای مثبت (کاتد) یک لیتیوم است.
باتری های لیتیومی نخستین بار توسط شیمیدان بریتانیایی M Stanley Whittingham ،که امروزه در دانشگاه Binghamton حضور دارد،در دهه ی ۷۰ میلادی در حالیکه روی اکسون ها کار می کرد،طراحی شد.او از الکترودهای سولفید تیتانیوم (IV) و فلز لیتیوم استفاده کرد.
۱۹۷۳ – آدام هلر باتری لیتیوم تونیل کلرید را پیشنهاد کرد که هنوز در دستگاه های پزشکی ایمپلنت و در سیستم های دفاعی که بیش از ۲۰ سال سابقه طول عمر، تراکم انرژی بالا و یا دمای عملیاتی شدید داشت استفاده می شد.
۱۹۷۷ – Samar Basu الکتروشیمیایی لیتیوم در گرافیت را با آزمایشاتی در دانشگاه پنسیلوانیا نشان داد.این امر منجر به توسعه یک الکترود گرافیتی تقویت شده با لیتیوم قابل استفاده برای ارائه یک جایگزین برای باتری الکترود فلز لیتیوم شد.
۱۹۷۹ – کار در گروه های جداگانه، در دانشگاه استنفورد Ned A. Godshall و همکاران و در سال های بعد و در سال ۱۹۸۰ در دانشگاه آکسفورد، انگلستان، جان گودینوو و کویچی میزوشیما، انجام شد که هر دو سلول لیتیوم قابل شارژ با ولتاژ در محدوده ۴ ولت با استفاده از اکسید کبالت لیتیوم به عنوان الکترودهای مثبت و فلز لیتیوم به عنوان الگودهی منفی نشان دادند. این نوآوری منجر به تولید مواد الکتریکی مثبت شد که عرضه باتری های لیتیوم را به صورت تجاری امکان پذیر ساخت.
۱۹۸۰ – راشید یزامی نشان داد الکتروشیمیایی برگشت پذیری لیتیوم در گرافیت بیشتر است. الکترولیت های ارگانی که در آن زمان موجود بود، در طول شارژ با یک الکترود منفی گرافیت تجزیه می شد و باعث کاهش تولید باتری لیتیوم / گرافیت قابل شارژ می شد. یزامی با استفاده از یک الکترولیت جامد نشان می دهد که لیتیوم می تواند به طور قابل برگشت در گرافیت از طریق یک مکانیزم الکتروشیمیایی افزایش پیدا کند.
۱۹۸۲ – Godshall و همکاران با استفاده از LiCoO2 به عنوان کاتد در باتری های لیتیوم،موفق به ثبت اختراع خود در ثبت اختراع ایالات متحده شدند.
۱۹۸۳ Michael M. Thackeray، John B. Goodenough و همکارانش بعد از شناسایی که در سال ۱۹۷۹ توسط Godshall و همکاران، صورت گرفته بود اسپینل منگنز را به عنوان یک ماده الکترودهای مثبت توسعه دادند. با توجه به هزینه پایین، هدایت الکتریکی و لیتیوم یون خوب و ساختار سه بعدی، با استقبال بسیار خوبی مواجه شد.اگرچه در چرخه ها اسپینل از بین می رود ولی از سال ۲۰۱۳، اسپینل منگنز در سلول های تجاری مورد استفاده قرار می گیرد.
۱۹۸۵ – آکیرا یوشینو یک سلول نمونه اولیه را با استفاده از ماده کربن که یون لیتیوم را می توان به عنوان یک الکترود در آن وارد کرد و اکسید کبالت لیتیوم ۲LiCoOکه در هوا پایدار است ، به عنوان دیگر ساخت. با استفاده از مواد بدون لیتیوم فلزی، ایمنی به طور چشمگیری بهبود یافت.
۱۹۸۹ – جان گودنوو و آرموگام مانیترام از دانشگاه تگزاس نشان دادند که الکترودهای مثبت حاوی پلیانسیون، مانند سولفات، ولتاژ بالاتری را نسبت به اکسید ها با اثر القایی پلینیون تولید می کنند.
۱۹۹۶ Akshaya Padhi، KS Nanjundawamy و John Goodenough از دانشگاه LiFePO4 (LFP) به عنوان مواد کاتدی برای باتری های لیتیوم یون شناسایی کردند.
دو جنبه اصلی در تحقیق و توسعه مواد الکترود برای باتری های قابل شارژ یون لیتیوم وجود دارد: یکی رویکردی در زمینه افزایش الکتروشیمیایی ترکیبات گرافیت و دیگری روشی در زمینه مواد جدید نانو کربن است.
الکترود منفی باتری قابل شارژ یون لیتیوم که امروزه مورد مصرف می باشد توسط توکیو یامائب و بعدا توسط Shjzukuni Yata در اوایل دهه ۱۹۸۰ بوجود آمده است. علاوه بر این بذر این تکنولوژی، کشف پلیمرهای رسانایی توسط پروفسور هیدکی شیراکاوا و گروهش بود که به نوعی می توان از آن به عنوان آغاز باتری های لیتیوم یون پلی استیلن یاد کرد.