Среди литиевых батарей разнообразия больше, чем в остальных типах элементов питания. Все они работают по одному и тому же принципу — ионы лития при разряде аккумулятора переходят от отрицательного электрода к положительному. Как правило, анод изготавливают из углеродного материала, а львиная доля экспериментов в области литиевых элементов приходится на состав катода. Одними из самых востребованных для компактных устройств стали батареи с электродом из кобальтита лития (LiCoO2). Это объясняется их высокой удельной энергией. Основной недостаток такого типа аккумуляторов — ограниченная мощность элемента.
Другие, литий-марганцевые батареи (LiMn2O4) обладают более низким внутренним сопротивлением, высокой термической стабильностью и (повышенной) безопасностью. Такие показатели достигаются благодаря улучшенному потоку ионов к электроду в трехмерной структуре шпинели. Однако потребители рискуют столкнуться с ограниченным ресурсом циклов заряда и сроком службы. Несмотря на это, зарядные элементы с марганцем имеют лучшие характеристики по сравнению с кобальтовыми. С недолговечностью, как оказалось, можно бороться путем изменения конструкции. Соединим эти типы батарей и добавим еще один популярный в электрохимии элемент — никель — и получим современную модель аккумулятора для электромобилей BMW, Nissan и других автопроизводителей.
Одной из основных задач при разработке новых видов катодов было не только учесть недостатки уже существующих материалов, но и усовершенствовать другие показатели. К примеру, литий-железо-фосфат LiFePO4 в качестве электрода рассчитан на более длительную эксплуатацию. При этом он гораздо экологичнее своих предшественников за счет отсутствия кобальта.
Помимо описанного выше, у батарей с катодом из смеси металлов был еще один существенный недостаток — риск воспламенения. Эту проблему удалось решить в 1999 году путем добавления алюминия, который обеспечивает стабильность электрохимических процессов в аккумуляторах при высоких токах.
В начале этого века ученые начали экспериментировать не только с материалами электродов, но и с электролитами. Литиевые аккумуляторы с твердым полимерным электролитом пользуются популярностью и сегодня — благодаря разнообразию возможных форм корпуса батареи. Еще одним преимуществом стал более высокий показатель удельной энергии литий-полимерных элементов по сравнению с литий-ионными аккумуляторами. Причина этого — замена традиционного разделительного сепаратора микропорами в полимере. Но и здесь не сразу удалось добиться желаемых результатов — твердый полимерный материал плохо проводит ток при комнатной температуре. Однако добавка небольшого количества гелевого электролита решила эту проблему.