लिथियम आयन बैटरी

ली-आयन या लिथियम आयन बैटरी एक प्रकार की पुनःआवेशनीय बैटरी है जो ऊर्जा संग्रहित करने के लिए लिथियम आयनों की प्रतिवर्ती कमी का उपयोग करती है। पारंपरिक लिथियम-आयन बैटरी का ऋणात्मक इलेक्ट्रोड सामान्यतः ग्रेफाइट होता है, जो कार्बन का एक रूप है। इस ऋणात्मक इलेक्ट्रोड को कभी-कभी एनोड भी कहा जाता है क्योंकि यह निर्वहन के समय एनोड के रूप में कार्य करता है। धनात्मक इलेक्ट्रोड सामान्यतः एक धातु ऑक्साइड होता है धनात्मक इलेक्ट्रोड को कभी-कभी कैथोड भी कहा जाता है क्योंकि यह निर्वहन के समय कैथोड के रूप में कार्य करता है। धनात्मक और ऋणात्मक इलेक्ट्रोड सामान्य उपयोग में धनात्मक और ऋणात्मक रहते हैं। इसलिए एनोड और कैथोड की तुलना में उपयोग के लिए स्पष्ट शब्द हैं जो आवेशन के समय व्युत्क्रमित हो जाते हैं।

विद्युत् अपघट्य सामान्यतः एक कार्बनिक वियोग्य में लिथियम लवण होता है।

यह पोर्टेबल उपभोक्ता इलेक्ट्रॉनिक्स और इलेक्ट्रिक वाहनों में उपयोग की जाने वाली प्रमुख बैटरी प्रकार है। विद्युत् वितरण ऊर्जा भंडारण, सैन्य और एयरोस्पेस अनुप्रयोगों के लिए भी इसका महत्वपूर्ण उपयोग देखा जाता है अन्य पुनःआवेशनीय बैटरी प्रौद्योगिकियों की तुलना में ली-आयन बैटरियों में उच्च ऊर्जा घनत्व, कम स्व-निर्वहन और कोई मेमोरी प्रभाव नहीं होता है। हालांकि एलएफपी बैटरियों में रिपोर्ट किया गया एक छोटा मेमोरी प्रभाव अपूर्णतः प्रकार से बनाई गई बैटरियों में पाया गया है।

विभिन्न प्रकार की लिथियम-आयन बैटरियों की रसायन प्रक्रिया, प्रदर्शन, लागत और सुरक्षा विशेषताएँ अलग-अलग होती हैं। अधिकांश वाणिज्यिक ली-आयन बैटरी सक्रिय धातु के रूप में अंतर्निवेशन यौगिकों का उपयोग करती हैं। एनोड या ऋणात्मक इलेक्ट्रोड मे सामान्यतः ग्रेफाइट होता है। हालांकि सिलिकॉन-कार्बन का भी इसमे तीव्रता से उपयोग किया जा रहा है। बैटरियों का निर्माण ऊर्जा या क्षमता घनत्व को प्राथमिकता देने के लिए किया जा सकता है। हैंडहेल्ड इलेक्ट्रॉनिक्स अधिकांश लिथियम बहुलक बैटरी (विद्युत् अपघट्य के रूप में बहुलक जेल के साथ), लिथियम कोबाल्ट ऑक्साइड कैथोड धातु और ग्रेफाइट एनोड का उपयोग करते हैं, जो एक साथ उच्च ऊर्जा घनत्व प्रदान करते हैं।  लिथियम आयरन फॉस्फेट  लिथियम मैंगनीज ऑक्साइड  स्पिनल या  आधारित लिथियम समृद्ध परत धातु, एलएमआर-एनएमसी और लिथियम निकेल मैंगनीज कोबाल्ट ऑक्साइड ( या NMC) लंबा जीवन प्रदान कर सकते हैं और अपेक्षाकृत दर क्षमता अधिक हो सकती है। एनएमसी और इसके व्युत्पन्न का व्यापक रूप से परिवहन के विद्युतीकरण में उपयोग किया जाता है, जो वाहनों से ग्रीनहाउस गैस उत्सर्जन को अपेक्षाकृत कम करने के लिए मुख्य प्रौद्योगिकियों (नवीकरणीय ऊर्जा के साथ संयुक्त) में से एक है।

एम. स्टेनली व्हिटिंगम ने 1970 के दशक में अंतर्निवेशन इलेक्ट्रोड की अवधारणा की खोज की और पहली पुनःआवेशनीय लिथियम-आयन बैटरी बनाई, जो टाइटेनियम डाइसल्फ़ाइड एनोड और लिथियम-एल्यूमीनियम कैथोड पर आधारित थी। हालांकि यह सुरक्षा समस्याओं से ग्रस्त थी और इसका कभी भी व्यावसायीकरण नहीं किया गया था। जॉन गुडएनफ़ ने कैथोड के रूप में लिथियम कोबाल्ट ऑक्साइड का उपयोग करके 1980 में इस कार्य का विस्तार किया था। आधुनिक ली-आयन बैटरी का पहला प्रोटोटाइप, जो लिथियम धातु के अतिरिक्त कार्बोनेसियस एनोड का उपयोग करता है।1985 में अकीरा योशिनो द्वारा विकसित किया गया था, जिसे 1991 में योशियो निशी के नेतृत्व में सोनी और असाही कासी के समूह द्वारा व्यावसायीकरण किया गया था।

लिथियम-आयन बैटरियां सुरक्षा के लिए जोखिम हो सकती हैं यदि उन्हें ठीक से इंजीनियर और निर्मित न किया जाए क्योंकि बैटरियों में ज्वलनशील विद्युत् अपघट्य होते हैं और यदि क्षतिग्रस्त या गलत तरीके से आवेशित की जाती हैं, तो विस्फोट और आग लग सकती है। सुरक्षित लिथियम-आयन बैटरियों के निर्माण में अपेक्षाकृत प्रगति हुई है। ज्वलनशील विद्युत् अपघट्य को नष्ट करने के लिए लिथियम आयन सभी ठोस अवस्था वाली बैटरियों का विकास किया जा रहा है। अनुप्रयुक्त रूप से पुनर्नवीनीकरण की गई बैटरियां विषाक्त अपशिष्ट उत्पन्न कर सकती हैं। विशेष रूप से जहरीली धातुओं से और आग लगने का जोखिम होता है। इसके अतिरिक्त बैटरी में उपयोग किए जाने वाले लिथियम और अन्य प्रमुख परिनियोजित खनिजों के निष्कर्षण में महत्वपूर्ण समस्याएं हैं, लिथियम प्रायः शुष्क क्षेत्रों में पानी की सघनता वाला होता है और अन्य खनिज प्रायः कोबाल्ट जैसे संघर्षशील खनिज होते हैं। दोनों पर्यावरणीय कारणों ने कुछ शोधकर्ताओं को खनिज दक्षता और लौह-वायु बैटरी जैसे विकल्पों में सुधार करने के लिए प्रोत्साहित किया है।

लिथियम-आयन बैटरियों के अनुसंधान क्षेत्रों में जीवनकाल बढ़ाना, ऊर्जा घनत्व बढ़ाना, सुरक्षा में सुधार, लागत कम करना और आवेशन गति बढ़ाना सम्मिलित है। विशिष्ट विद्युत् अपघट्य में प्रयुक्त कार्बनिक विलयन की ज्वलनशीलता और अस्थिरता के आधार पर बढ़ी हुई सुरक्षा के मार्ग के रूप में गैर-ज्वलनशील विद्युत् अपघट्य के क्षेत्र में अनुसंधान चल रहा है। परियोजनाओं में जलीय लिथियम-आयन बैटरी, सिरेमिक ठोस विद्युत् अपघट्य, बहुलक विद्युत् अपघट्य, आयनिक तरल पदार्थ और भारी फ्लुओरीनीकरण प्रणाली सम्मिलित हैं।

इतिहास
पुनःआवेशनीय ली-आयन बैटरियों पर शोध 1960 के दशक का है, सबसे प्रारम्भिक उदाहरणों में से एक 1965 में नासा द्वारा विकसित /Li बैटरी है। आधुनिक ली-आयन बैटरी का सबसे प्रारंभिक रूप तैयार करने वाली खोज ब्रिटिश रसायनज्ञ एम. स्टेनली द्वारा की गई थी। 1974 में व्हिटिंगहैम, जिन्होंने पहली बार कैथोड धातु के रूप में टाइटेनियम डाइसल्फ़ाइड का उपयोग किया था। जिसमें एक स्तरित संरचना होती है जो अपने क्रिस्टल संरचना में महत्वपूर्ण परिवर्तन के बिना लिथियम आयनों को ले सकती है। एक्सॉन ने 1970 के दशक के अंत में इस बैटरी का व्यावसायीकरण करने का प्रयास किया। लेकिन संश्लेषण कीमती और जटिल लगा, क्योंकि  नमी के प्रति संवेदनशील है और पानी के संपर्क में आने पर जहरीली  गैस छोड़ता है। अधिक निषेधात्मक रूप से बैटरियों में धातु लिथियम की उपस्थिति के कारण बैटरियों में स्वचालित रूप से आग लगने का भी जोखिम था। इसके लिए और अन्य कारणों से एक्सॉन ने व्हिटिंगम की लिथियम-टाइटेनियम डाइसल्फ़ाइड बैटरी का विकास बंद कर दिया था।

1980 में अलग-अलग समूहों में कार्य करते हुए नेड ए. गॉडशेल  और इसके शीघ्र बाद कोइची मिजुशिमा और जॉन बी. गुडएनफ ने वैकल्पिक धातुओं की एक श्रृंखला का परीक्षण करने के बाद को लिथियम कोबाल्ट ऑक्साइड ( या LCO) से परिवर्तित कर दिया था। जिसमें एक समान स्तरित संरचना होती है लेकिन उच्च वोल्टेज प्रदान करती है और वायु में अधिक स्थिर होती है। इस धातु का उपयोग बाद में पहली वाणिज्यिक ली-आयन बैटरी में किया जाएगा, हालांकि यह अपने आप ज्वलनशीलता की निरंतर समस्या का समाधान नहीं कर पाई थी। उसी वर्ष रशीद याज़ामी ने ग्रेफाइट में लिथियम के प्रतिवर्ती विद्युत रासायनिक अंतर्संबंध का प्रदर्शन किया, और लिथियम ग्रेफाइट इलेक्ट्रोड (एनोड) का आविष्कार किया था।

पुनःआवेशनीय ली-आयन बैटरियों को विकसित करने के इन प्रारम्भिक प्रयासों में लिथियम धातु एनोड का उपयोग किया गया था, जिसे अंततः सुरक्षा चिंताओं के कारण छोड़ दिया गया था क्योंकि लिथियम धातु अस्थिर है और डेन्ड्राइट बनने का जोखिम है, जो लघु-परिपथ का कारण बन सकता है। अंतिम समाधान कैथोड के समान एक अंतर्निवेशन एनोड का उपयोग करना था जो बैटरी आवेशन के समय लिथियम धातु के गठन को रोकता है। विभिन्न प्रकार की एनोड धातुओ का अध्ययन किया गया था। 1987 में अकीरा योशिनो ने पेटेंट कराया कि गुडइनफ के पहले बताए गए एलसीओ कैथोड और कार्बोनेट एस्टर-आधारित विद्युत् अपघट्य के साथ "सॉफ्ट कार्बन" (एक चारकोल जैसी धातु) के एनोड का उपयोग करने वाली पहली वाणिज्यिक लिथियम-आयन बैटरी बन जाएगी। 1991 में योशिनो के डिज़ाइन का उपयोग करते हुए, सोनी ने विश्व की पहली पुनःआवेशनीय लिथियम-आयन बैटरी का उत्पादन और बिक्री का प्रारम्भ किया था। अगले वर्ष तोशिबा और असाशी कासी कंपनी के बीच एक संयुक्त उद्यम ने अपनी लिथियम-आयन बैटरी भी प्रस्तुत की थी।

1990 के दशक में नर्म कार्बन एनोड को पहले कठोर कार्बन और बाद में ग्रेफाइट के साथ प्रतिस्थापित करके ऊर्जा घनत्व में महत्वपूर्ण सुधार प्राप्त किए गए थे। यह अवधारणा मूल रूप से 1974 में जुरगेन ओटो बेसेनहार्ड द्वारा प्रस्तावित की गई थी, लेकिन तब उपयोग में आने वाले विद्युत् अपघट्य के साथ अस्पष्ट असंगतताओं के कारण इसे अव्यवहारिक माना गया था।

2012 में जॉन बी गुडेनो, रचीद यज़ामी और अकीरा योशिनो ने लिथियम-आयन बैटरी विकसित करने के लिए पर्यावरण और सुरक्षा प्रौद्योगिकियों के लिए 2012 इलेक्ट्रिकल और इलेक्ट्रॉनिक इंजीनियर संस्थान

पदक प्राप्त किया था। गुडेनो, व्हिटिंगहैम और योशिनो को लिथियम-आयन बैटरी के विकास के लिए रसायन विज्ञान में 2019 नोबेल पुरस्कार से सम्मानित किया गया था।

2010 में विश्वव्यापी लिथियम-आयन बैटरी उत्पादन क्षमता 20 गीगावाट-घंटे थी। 2016 तक यह 28 GWh थी, चीन में 16.4 GWh के साथ वैश्विक उत्पादन क्षमता 2020 में 767 GWh थी, जिसमें चीन 75% के लिए लेखांकित था। 2021 में उत्पादन विभिन्न स्रोतों द्वारा 200 और 600 GWh के बीच होने का अनुमान है और 2023 के लिए 400 से 1,100 GWh तक का अनुमान हैं।

डिजाइन
सामान्यतः पारंपरिक लिथियम-आयन बैटरी का ऋणात्मक इलेक्ट्रोड कार्बन से बना ग्रेफाइट होता है। धनात्मक इलेक्ट्रोड सामान्यतः एक धातु ऑक्साइड होता है। विद्युत् अपघट्य एक कार्बनिक वियोग्य में लिथियम लवण है। एक विभाजक द्वारा एनोड (ऋणात्मक इलेक्ट्रोड) और कैथोड (धनात्मक इलेक्ट्रोड) को छोटा होने से रोका जाता है। एनोड और कैथोड को बाहरी इलेक्ट्रॉनिक्स से धातु के एक भाग से अलग किया जाता है जिसे धारा संग्राहक कहा जाता है। बैटरी के माध्यम से धारा प्रवाह की दिशा के आधार पर इलेक्ट्रोड की विद्युत रासायनिक भूमिकाएं एनोड और कैथोड के बीच व्युत्क्रमित हो जाती हैं।

सबसे सामान्य व्यावसायिक रूप से उपयोग किया जाने वाला एनोड ग्रेफाइट है, जो LiC6 की पूरी तरह से लिथिडेटेड अवस्था में 1339 C/g (372 mAh/g) की अधिकतम क्षमता से संबंधित है। कैथोड सामान्यतः तीन धातुओ में से एक है स्तरित ऑक्साइड (जैसे लिथियम कोबाल्ट ऑक्साइड), पोलियानियन (जैसे लिथियम आयरन फॉस्फेट) या स्पिनल (जैसे लिथियम मैंगनीज ऑक्साइड) अधिक प्रायोगिक धातुओ में ग्राफीन युक्त इलेक्ट्रोड सम्मिलित हैं। हालांकि ये अपनी उच्च लागत के कारण व्यावसायिक रूप से व्यवहार्य नहीं हैं।

लिथियम पानी के साथ तीव्रता से प्रतिक्रिया करके लिथियम हाइड्रॉक्साइड (LiOH) और हाइड्रोजन गैस बनाता है। इस प्रकार सामान्यतः एक गैर-जलीय विद्युत् अपघट्य का उपयोग किया जाता है और एक सीलबंद कंटेनर बैटरी पैक से नमी को पूर्णतः से बाहर कर देता है। गैर-जलीय विद्युत् अपघट्य सामान्यतः एथिलीन कार्बोनेट और प्रोपलीन कार्बोनेट जैसे कार्बनिक कार्बोनेट का मिश्रण होता है जिसमें लिथियम आयनों के मिश्रण होते हैं। कार्बन एनोड पर ठोस विद्युत् अपघट्य अंतरापृष्ठ बनाने के लिए एथिलीन कार्बोनेट आवश्यक है, चूंकि यह कमरे के तापमान पर ठोस होता है। इसलिए इसमें प्रोपलीन कार्बोनेट वियोग्य मिलाया जाता है।

विद्युत् अपघट्य लवण मे लगभग सदैव लिथियम हेक्साफ्लोरोफॉस्फेट होता है, जो रासायनिक और विद्युत् रसायन स्थिरता के साथ अच्छी आयनिक चालकता को जोड़ता है। कैथोड के लिए उपयोग किए जाने वाले एल्यूमीनियम धारा संग्राहक को निष्क्रिय करने के लिए हेक्साफ्लोरोफॉस्फेट आवश्यक होता है। एक टाइटेनियम टैब को एल्यूमीनियम धारा संग्राहक में पराध्वनिक रूप से प्रयुक्त किया जाता है। अन्य लवण जैसे लिथियम परक्लोरेट, लिथियम टेट्राफ्लोरोबोरेट  और लिथियम बीआईएस (ट्राइफ्लोरोमीथेनसल्फोनील) इमाइड  का उपयोग प्रायः टैब-कम बैटरियों के अनुसंधान में किया जाता है, लेकिन बड़े प्रारूप की बैटरियों में उपयोग करने योग्य नहीं होते हैं क्योंकि वे एल्यूमीनियम धारा संग्राहक के साथ संगत नहीं हैं। कॉपर (स्पॉट-वेल्डेड निकेल टैब के साथ) का उपयोग एनोड धारा संग्राहक के रूप में किया जाता है।

धारा संग्राहक प्रारूप और सतह के उपचार विद्युत विशेषताओं में सुधार के लिए पन्नी, जाल, फोम (डीलोयड), निक्षारित (पूरी तरह से चयनित) और लेपित (विभिन्न धातुओ के साथ) विभिन्न रूप ले सकते हैं।

धातु के आधार पर लिथियम-आयन बैटरी का वोल्टेज ऊर्जा घनत्व, जीवन और सुरक्षा के रूप से परिवर्तित हो सकता है। धारा प्रयास प्रदर्शन को अपेक्षाकृत अच्छा बनाने के लिए सूक्ष्मप्रौद्योगिकी का उपयोग करके नवीन संरचना के उपयोग की खोज कर रहा है। रुचि के क्षेत्रों में सूक्ष्म-अदिश इलेक्ट्रोड धातु और वैकल्पिक इलेक्ट्रोड संरचनाएं सम्मिलित हैं।

विद्युत सायन
लिथियम-आयन बैटरी में विद्युत् रसायन प्रतिक्रियाओं में अभिकारक एनोड और कैथोड की धातु होते हैं, ये दोनों लिथियम परमाणु युक्त यौगिक होते हैं। निर्वहन के समय एनोड पर ऑक्सीकरण अर्ध-प्रतिक्रिया से धनात्मक रूप से आवेश किए गए लिथियम आयन और ऋणात्मक रूप से आवेश किए गए इलेक्ट्रॉन उत्पन्न होते हैं। ऑक्सीकरण अर्ध-प्रतिक्रिया से अनावेशित धातु भी उत्पन्न हो सकती है जो एनोड पर बनी रहती है। लिथियम आयन विद्युत् अपघट्य के माध्यम से चलते हैं, इलेक्ट्रॉन बाहरी परिपथ के माध्यम से चलते हैं, और फिर वे कैथोड पर (कैथोड धातु के साथ) एक कमी अर्ध-प्रतिक्रिया में पुनः संयोजित होते हैं। विद्युत् अपघट्य और बाहरी परिपथ क्रमशः लिथियम आयनों और इलेक्ट्रॉनों के लिए प्रवाहकीय मीडिया प्रदान करते हैं, लेकिन विद्युत रासायनिक प्रतिक्रिया में भाग नहीं लेते हैं। निर्वहन के समय इलेक्ट्रॉन बाहरी परिपथ के माध्यम से ऋणात्मक इलेक्ट्रोड (एनोड) से धनात्मक इलेक्ट्रोड (कैथोड) की ओर प्रवाहित होते हैं। निर्वहन के समय होने वाली प्रतिक्रियाएं बैटरी की रासायनिक क्षमता को अपेक्षाकृत कम कर देती हैं। इसलिए अधिकांश बाहरी परिपथ में निर्वहन करने से बैटरी की ऊर्जा वहां स्थानांतरित हो जाती है जहां विद्युत प्रवाह अपनी ऊर्जा को नष्ट कर देता है। आवेशन के समय ये प्रतिक्रियाएं और परिवहन विपरीत दिशा में होते हैं इलेक्ट्रॉन बाहरी परिपथ के माध्यम से धनात्मक इलेक्ट्रोड से ऋणात्मक इलेक्ट्रोड की ओर बढ़ते हैं। बैटरी को आवेशित करने के लिए बाहरी परिपथ को विद्युत ऊर्जा प्रदान करनी होती है। फिर इस ऊर्जा को बैटरी में रासायनिक ऊर्जा के रूप में संग्रहित किया जाता है कुछ हानि के साथ उदाहरण के लिए कूलम्बिक दक्षता 1 से कम होने के कारण दोनों इलेक्ट्रोड लिथियम आयनों को क्रमशः सम्मिलन (अंतर्निवेशन) या निष्कर्षण (डीअंतर्निवेशन) नामक प्रक्रिया के साथ अपनी संरचनाओं के अंदर और बाहर जाने की स्वीकृति देते हैं।

चूंकि लिथियम आयन दो इलेक्ट्रोडों के बीच आगे-पीछे गति करते हैं, इसलिए इन बैटरियों को "रॉकिंग-चेयर बैटरी" या "स्विंग बैटरी" (कुछ यूरोपीय उद्योगों द्वारा दिया गया एक शब्द) के रूप में भी जाना जाता है।

निम्नलिखित समीकरण रसायन विज्ञान का उदाहरण देते हैं।

लिथियम-डोप्ड कोबाल्ट ऑक्साइड अवस्था में धनात्मक इलेक्ट्रोड (कैथोड) अर्ध-प्रतिक्रिया है:

ग्रेफाइट के लिए ऋणात्मक इलेक्ट्रोड (एनोड) अर्ध-प्रतिक्रिया है:

समग्र प्रतिक्रिया की अपनी सीमाएँ होती हैं अति संतृप्त आवेशन लिथियम कोबाल्ट ऑक्साइड संभवतः निम्नलिखित अपरिवर्तनीय प्रतिक्रिया द्वारा लिथियम ऑक्साइड का उत्पादन होता है:



5.2 वोल्ट तक अति आवेशन से कोबाल्ट (IV) ऑक्साइड का संश्लेषण होता है, जैसा कि एक्स-रे विवर्तन से पता चलता है:

लिथियम-आयन बैटरी में लिथियम आयनों को संक्रमण धातु कोबाल्ट (Co) को में  से  में ऑक्सीकरण करके धनात्मक या ऋणात्मक इलेक्ट्रोड से ले जाया जाता है। आवेश के समय और निर्वहन के समय  से  तक अपेक्षाकृत कम हो जाता है। कोबाल्ट इलेक्ट्रोड प्रतिक्रिया केवल x <0.5 (मोल इकाइयों में x) के लिए प्रतिवर्ती है, जिससे स्वीकार्य निर्वहन की क्षमता सीमित हो जाती है। इस रसायन का उपयोग 1990 में सोनी द्वारा विकसित ली-आयन बैटरियों में किया गया था।

बैटरी की ऊर्जा वोल्टेज गुणा आवेश के बराबर होती है। लिथियम का प्रत्येक ग्राम फैराडे स्थिरांक 6.941 या 13,901 कूलम्ब का प्रतिनिधित्व करता है। 3 V पर यह 41.7 kJ प्रति ग्राम लिथियम या 11.6 kWh प्रति किलोग्राम लिथियम देता है। यह गैसोलीन के दहन की ऊष्मा से अपेक्षाकृत अधिक है, लेकिन इसमें अन्य धातुओ पर विचार नहीं किया जाता है जो लिथियम बैटरी में जाती हैं और जो लिथियम बैटरी को प्रति यूनिट ऊर्जा से कई गुना भारी बनाती हैं।

विद्युत सायन अनुभाग में दिए गए बैटरी वोल्टेज उस क्षमता से बड़े हैं जिस पर जलीय विलयन मे विद्युत अपघटक होते है।

आवेशन और निर्वहन
आवेशन के समय एक बाहरी विद्युत ऊर्जा स्रोत (आवेशन परिपथ) एक अति-वोल्टेज (बैटरी द्वारा उत्पादित समान ध्रुवता से अधिक वोल्टेज) प्रयुक्त करता है, जिससे प्रत्येक बैटरी के भीतर धनात्मक से ऋणात्मक इलेक्ट्रोड तक आवेशन धारा प्रवाहित होती है। अर्थात सामान्य परिस्थितियों में निर्वहन धारा की विपरीत दिशा में लिथियम आयन फिर धनात्मक से ऋणात्मक इलेक्ट्रोड की ओर चले जाते हैं, जहां वे अंतर्निवेशन नामक प्रक्रिया में छिद्रपूर्ण इलेक्ट्रोड धातु में अंतः स्थापित हो जाते हैं।

इलेक्ट्रोड परतों के बीच अंतरापृष्ठ और धारा संग्राहकों के साथ संपर्कों पर विद्युत संपर्क प्रतिरोध से उत्पन्न होने वाली ऊर्जा हानि सामान्य परिचालन स्थितियों के अंतर्गत बैटरी के संपूर्ण ऊर्जा प्रवाह का 20% तक हो सकती है।

एकल ली-आयन बैटरियों और पूर्ण ली-आयन बैटरियों के लिए आवेशन प्रक्रियाएँ अपेक्षाकृत भिन्न हैं:


 * एकल ली-आयन बैटरी को दो चरणों में आवेशित किया जाता है:
 * 1) निरंतर धारा (सीसी)
 * 2) निरंतर वोल्टेज (सीवी)
 * ली-आयन बैटरी (श्रृंखला में ली-आयन बैटरियों का एक समूह) को तीन चरणों में आवेशित किया जाता है:
 * 1) सतत प्रवाह
 * 2) संतुलन (बैटरी के संतुलित होने के बाद आवश्यक नहीं)
 * 3) स्थिर वोल्टेज

स्थिर धारा स्रोत के समय आवेश निरंतर बढ़ते वोल्टेज से बैटरी पर निरंतर धारा प्रयुक्त करता है जब तक कि प्रति बैटरी आवेश वोल्टेज सीमा तक अभिगम्य हो जाता है।

संतुलन फेज़ के समय बैटरी आवेशित धारा को अपेक्षाकृत कम कर देती है या औसत धारा को कम करने के लिए आवेशन को चालू और बंद करता है जबकि बैटरी संतुलित होने तक व्यक्तिगत बैटरियों के आवेश की स्थिति को बैलेंसिंग परिपथ द्वारा समान स्तर पर लाया जाता है। संतुलन सामान्यतः तब होता है जब एक या एक से अधिक बैटरीएं दूसरे से पहले अपने शीर्ष-आवेश वोल्टेज तक पहुंचती हैं, क्योंकि आवेश चक्र के अन्य चरणों में ऐसा करना सामान्यतः गलत होता है। यह सामान्यतः निष्क्रिय संतुलन द्वारा किया जाता है, जो संतुलित होने के लिए बैटरी में क्षण भर के लिए जुड़े प्रतिरोधों के माध्यम से अतिरिक्त आवेश को नष्ट कर देता है। सक्रिय संतुलन कम सामान्य है, अधिक महंगा है, लेकिन अधिक कुशल है, डीसी-डीसी कनवर्टर या अन्य परिपथ्री के माध्यम से अतिरिक्त ऊर्जा को अन्य बैटरियों (या पूरे पैक) में लौटाता है। कुछ तीव्र आवेश इस चरण को छोड़ देते हैं जो आवेश प्रत्येक बैटरी को स्वतंत्र रूप से आवेश करके संतुलन पूरा करते हैं। यह प्रायः बैटरी सुरक्षा परिपथ/बैटरी प्रबंधन प्रणाली (बीपीसी या बीएमएस) द्वारा किया जाता है, न कि आवेश द्वारा (जो सामान्यतः केवल एकत्र आवेश धारा प्रदान करता है और बैटरी-समूह स्तर पर पैक के साथ परस्पर क्रिया नहीं करता है), उदाहरण के लिए ई -बाइक और होवरबोर्ड आवेश है। इस विधि में बीपीसी/बीएमएस कम आवेश धारा (जैसे ईवी बैटरी) का अनुरोध करेगा या संतुलन प्रभावी होने पर ट्रांजिस्टर परिपथ के उपयोग के माध्यम से आवेशन इनपुट (पोर्टेबल इलेक्ट्रॉनिक्स में विशिष्ट) को स्थगित कर देगा। अति आवेश को रोकने के लिए आवेशन बैटरी संतुलन प्रायः आवेशन के निरंतर वोल्टेज चरण के समय होता है यह पूरा होने तक आवेश मोड के बीच स्विच करता है। पैक सामान्यतः तभी पूरी तरह से आवेश होता है जब संतुलन पूरा हो जाता है क्योंकि अन्य की तुलना में कम आवेश वाला एक बैटरी समूह पूरी बैटरी का उपयोग करने योग्य क्षमता को सीमित कर देता है। बैटरी में असंतुलन की मात्रा के आधार पर संतुलन घंटों या दिनों तक चल सकता है।

ली-आयन के लिए तापमान सीमा को आवेश करना परिचालन सीमा से जटिल होता है। लिथियम-आयन रसायन उच्च तापमान पर अच्छा प्रदर्शन करती है, लेकिन ऊष्मा के लिए लंबे समय तक संपर्क में आने से बैटरी जीवन कम हो जाता है। ली-आयन बैटरी शीतलन तापमान पर अच्छा आवेशन प्रदर्शन प्रदान करती है और यहां तक कि तापमान सीमा के भीतर तीव्र-आवेशन 45 C की स्वीकृति भी दे सकती है। ली-आयन के लिए आवेशन तापमान सीमा संचालन सीमा से अधिक जटिल होता है। लिथियम-आयन रसायन उच्च तापमान पर अच्छा प्रदर्शन करता है लेकिन लंबे समय तक ऊष्मा के संपर्क में रहने से बैटरी का जीवन अपेक्षाकृत कम हो जाता है। ली-आयन बैटरियां ठंडे तापमान पर अच्छा आवेशन प्रदर्शन प्रदान करती हैं और यहां तक ​​कि 5 से 45 डिग्री बैटरी (41 से 113 डिग्री फारेनहाइट) के तापमान सीमा के भीतर "तीव्र आवेशन" की स्वीकृति भी दे सकती हैं।  आवेशन इस तापमान सीमा के भीतर 0 से 5 डिग्री सेल्सियस के तापमान पर आवेशन संभव है, लेकिन आवेश धारा कम होना चाहिए। कम तापमान वाले आवेश के समय आंतरिक बैटरी प्रतिरोध के कारण परिवेश के तापमान में सूक्ष्म वृद्धि लाभदायक होती है। आवेशन के समय उच्च तापमान से बैटरी अपूर्णतः हो सकती है और 45 डिग्री सेल्सियस से ऊपर के तापमान पर आवेश करने से बैटरी का प्रदर्शन अपूर्णतः हो सकता है, जबकि कम तापमान पर बैटरी का आंतरिक प्रतिरोध बढ़ सकता है, जिसके परिणामस्वरूप आवेशन अपेक्षाकृत धीमा हो सकती है और इस प्रकार आवेशन में अधिक समय लग सकता है। संबद्ध न होने पर भी बैटरियां धीरे-धीरे स्वतः निर्वहित हो जाती हैं और धारा प्रवाह करती हैं। ली-आयन पुनःआवेशनीय बैटरियों की स्व-निर्वहन दर सामान्यतः निर्माताओं द्वारा प्रति माह 1.5-2% बताई जाती है।

तापमान और आवेश की स्थिति के साथ दर बढ़ती है। 2004 के एक अध्ययन में पाया गया कि अधिकांश चक्रण स्थितियों के लिए स्व-निर्वहन मुख्य रूप से समय पर निर्भर था। हालाँकि विवृत परिपथ या फ्लोट आवेश पर कई महीनों के बाद स्थिति-प्रभार पर निर्भर हानि महत्वपूर्ण हो गया है। स्व-निर्वहन दर प्रभार की स्थिति के साथ एकरूपता से नहीं बढ़ी, लेकिन प्रभार की मध्यवर्ती स्थिति में कुछ स्थिति तक अपेक्षाकृत कम हो गई है। बैटरी पुरानी होने के साथ स्व-निर्वहन दरें बढ़ सकती हैं। 1999 में प्रति माह स्व-निर्वहन 21 डिग्री सेल्सियस पर 8%, 40 डिग्री सेल्सियस पर 15%, 60 डिग्री सेल्सियस पर 31% मापा गया था। 2007 तक मासिक स्व-निर्वहन दर 2% से 3% और 2016 तक 2-3% होने का अनुमान लगाया गया था। तुलनात्मक रूप से NiMH बैटरियों के लिए स्व-निर्वहन दर 2017 में पहले की सामान्य बैटरियों के लिए 30% प्रति माह से घटकर कम स्व-निर्वहन NiMH बैटरियों के लिए प्रति माह लगभग 0.08–0.33% हो गई और एनआईसीडी बैटरियों में महीना प्रति माह लगभग 10% है।

कैथोड
कैथोड धातु का निर्माण सामान्यतः LiCoO2 या LiMn2O4 से किया जाता है। कोबाल्ट-आधारित धातु एक छद्म टेट्राहेड्रल संरचना विकसित करती है जो द्वि-आयामी लिथियम-आयन प्रसार की स्वीकृति देती है। कोबाल्ट-आधारित कैथोड अपनी उच्च सैद्धांतिक विशिष्ट (प्रति-द्रव्यमान) आवेश क्षमता, उच्च आयतनमितीय क्षमता, कम स्व-निर्वहन, उच्च निर्वहन वोल्टेज और अच्छे पुनर्चक्रण प्रदर्शन के कारण आदर्श होते हैं। सीमाओं में धातु की उच्च लागत और कम तापीय स्थिरता सम्मिलित है। मैंगनीज-आधारित धातु एक घन क्रिस्टल जालक प्रणाली को स्वीकृति करती है, जो त्रि-आयामी लिथियम-आयन प्रसार की स्वीकृति देती है। मैंगनीज कैथोड आकर्षक हैं क्योंकि मैंगनीज मितव्ययी होता है यदि इसकी सीमाओं को पार किया जा सके तो सैद्धांतिक रूप से इसका उपयोग अधिक कुशल, लंबे समय तक चलने वाली बैटरी बनाने के लिए किया जा सकता है। सीमाओं में चक्रण के समय मैंगनीज के विद्युत् अपघट्य में घुलने की प्रवृत्ति सम्मिलित है, जिससे कैथोड के लिए पुनर्चक्रण स्थिरता अपूर्ण हो जाती है। कोबाल्ट-आधारित कैथोड सबसे सामान्य हैं। हालांकि लागत कम करने और बैटरी जीवन में सुधार के लक्ष्य के साथ अन्य धातुओ पर शोध किया जा रहा है।

LiFePO4 अपनी कम लागत, उत्कृष्ट सुरक्षा और उच्च चक्र स्थायित्व के कारण इलेक्ट्रिक वाहन अनुप्रयोगों जैसे लिथियम-आयन बैटरी के बड़े पैमाने पर उत्पादन के लिए एक उम्मीदवार है। उदाहरण के लिए, सोनी फोर्टेलियन बैटरियों ने 100% निर्वहन के साथ 8000 चक्रों के बाद अपनी क्षमता का 74% स्थिर रखा है। इसकी कम विद्युत चालकता को दूर करने के लिए एक कार्बन प्रवाहकीय अभिकर्मक की आवश्यकता होती है।

यह तथाकथित "लिथियम-समृद्ध" कैथोड का उल्लेख करने योग्य है, जिसे पारंपरिक एनसीएम स्तरित कैथोड धातु से Li : M = 1 के अनुरूप वोल्टेज/आवेश पर चक्रित करके उत्पादित किया जा सकता है। ऐसी परिस्थितियों में Ca के साथ उच्च वोल्टेज पर एक नया अर्ध-प्रतिवर्ती अपचयन संक्रमण 0.4-0.8 इलेक्ट्रॉन/धातु स्थल आवेश प्रकट होता है। इस संक्रमण में गैर-बाध्यकारी इलेक्ट्रॉन अणु सम्मिलित हैं जो अधिकांश O परमाणुओं पर केंद्रित हैं। महत्वपूर्ण प्रारंभिक रुचि के अतिरिक्त इस घटना के परिणामस्वरूप ऐसे "लिथियम-समृद्ध" चरणों के तीव्र संरचनात्मक क्षरण (O2 विकास और जाली पुनर्व्यवस्था) के कारण विपणन योग्य उत्पाद नहीं बन पाए है।

एनोड
ऋणात्मक इलेक्ट्रोड धातु पारंपरिक रूप से ग्रेफाइट और अन्य कार्बन धातु से बनाई जाती है। हालांकि नई सिलिकॉन-आधारित धातु का तीव्रता से उपयोग किया जा रहा है जिसके लिए सूक्ष्मवायर बैटरी देखें। 2016 में, 89% लिथियम-आयन बैटरियों में ग्रेफाइट (43% कृत्रिम और 46% प्राकृतिक), 7% में कार्बन (या तो नर्म कार्बन या कठोर कार्बन), 2% में लिथियम टाइटेनेट (LTO) और 2% में सिलिकॉन या टिन धातु सम्मिलित थी।

इन धातुओ का उपयोग इसलिए किया जाता है क्योंकि वे प्रचुर मात्रा में होती हैं और विद्युत संचालन करती हैं। सूक्ष्म मात्रा विस्तार (~10%) के साथ विद्युत आवेश को संग्रहीत करने के लिए लिथियम आयनों को आपस में जोड़ सकते हैं। ग्रेफाइट अपने कम अंतर्निवेशन वोल्टेज और उत्कृष्ट प्रदर्शन के कारण प्रमुख धातु है। उच्च क्षमता वाली विभिन्न वैकल्पिक धातु प्रस्तावित की गई है, लेकिन उनमें सामान्यतः उच्च वोल्टेज होता है, जिससे ऊर्जा घनत्व अपेक्षाकृत कम हो जाता है। कम वोल्टेज एनोड के लिए प्रमुख अतिरिक्त क्षमता ऊर्जा घनत्व के संदर्भ आवश्यकता होती है।

ग्रेफाइट 372mAh/g की अधिकतम क्षमता तक सीमित है। अत्यधिक शोध ने उन धातुओ के विकास के लिए समर्पित किए गए हैं जो उच्च सैद्धांतिक क्षमताओं को प्रदर्शित करते हैं और उन तकनीकी चुनौतियों पर नियंत्रण पाते हैं जो धारा में उनके कार्यान्वयन को बाधित करती हैं। कसावज्जुला और अन्य द्वारा लिखित व्यापक 2007 समीक्षा लेख लिथियम-आयन माध्यमिक बैटरियों के लिए सिलिकॉन-आधारित एनोड पर प्रारंभिक शोध का सारांश प्रस्तुत करता है। विशेष रूप से हांग ली ने 2000 में दिखाया कि सिलिकॉन सूक्ष्मकणों और सिलिकॉन सूक्ष्मवायरों में लिथियम आयनों के विद्युत रासायनिक सम्मिलन से एक अनाकार ली-सी मिश्र धातु का निर्माण होता है। उसी वर्ष बो गाओ और उनके डॉक्टरेट, प्रोफेसर ओटो झोउ ने सिलिकॉन सूक्ष्मवायर युक्त एनोड के साथ विद्युत् रसायन बैटरियों के चक्र का वर्णन किया। जिसकी प्रतिवर्ती क्षमता कम से कम लगभग 900 से 1500mAh/g तक थी।

लिथियम एनोड की स्थिरता में सुधार के लिए एक सुरक्षात्मक परत स्थापित करने के कई तरीके सुझाए गए हैं। सिलिकॉन को एक एनोड धातु के रूप में देखा जाने लगा है क्योंकि यह अपेक्षाकृत अधिक लिथियम आयनों को समायोजित कर सकता है, जो 10 गुना तक विद्युत आवेश संग्रहीत करता है। हालांकि लिथियम और सिलिकॉन के बीच इस मिश्रधातु के परिणामस्वरूप महत्वपूर्ण मात्रा में विस्तार (लगभग 400%) होता है जो बैटरी के लिए विनाशकारी विफलता का कारण बनता है। सिलिकॉन का उपयोग एनोड धातु के रूप में किया गया है, लेकिन Li+ का सम्मिलन और निष्कर्षण धातु में विभाजन उत्पन्न कर सकता है। ये विभाजन C सतह को एक विद्युत् अपघट्य के संपर्क में लाती हैं जिससे अपघटन होता है और नई C सतह पर एक ठोस विद्युत् अपघट्य अंतरापृष्ठ (एसईआई) का निर्माण होता है क्रम्पल्ड ग्राफीन एनकैप्सुलेटेड C सूक्ष्मकण एसईआई सामान्य होता है जो उपलब्ध ली-आयन, एनोड की क्षमता और चक्रण स्थिरता को नष्ट कर सकता है।

लिथियम-आयन बैटरी के लिए कार्बन और सिलिकॉन-आधारित एनोड धातु के अतिरिक्त, उच्च-एन्ट्रॉपी धातु ऑक्साइड धातु विकसित की जा रही है। इन रूपांतरण (अंतर्निवेशन के अतिरिक्त) धातुओ में विभिन्न कार्य करने वाले कई धातु ऑक्साइड के मिश्र धातु (या सूक्ष्ममीटर मिश्रित चरण) सम्मिलित होते हैं। उदाहरण के लिए Zn और Co वैद्युत सक्रिय आवेश संग्रहण प्रजाति के रूप में कार्य कर सकते हैं, Cu इलेक्ट्रॉनिक रूप से संचालन समर्थन चरण प्रदान कर सकता है और MgO चूर्णीकरण को अपेक्षाकृत स्थगित कर सकता है।

विद्युत् अपघट्य
लिथियम-आयन बैटरियों में तरल विद्युत् अपघट्य कार्बनिक वियोग्य में LiPF6, LiBF4 या LiClO4 जैसे लिथियम लवण होते हैं, जैसे एथिलीन कार्बोनेट, डाइमिथाइल कार्बोनेट और डायथाइल कार्बोन एक तरल विद्युत् अपघट्य निर्वहन के समय ऋणात्मक से धनात्मक इलेक्ट्रोड तक जाने वाले धनायनों की गति के लिए एक प्रवाहकीय मार्ग के रूप में कार्य करता है। कमरे के तापमान (20 डिग्री सेल्सियस (68 डिग्री फारेनहाइट)) पर तरल विद्युत् अपघट्य की विशिष्ट चालकता 10 एमएस/सेमी की सीमा में होती है, जो 40 डिग्री सेल्सियस (104 डिग्री फारेनहाइट) पर लगभग 30-40% बढ़ जाती है और 0 डिग्री पर कम हो जाती है। C (32 डिग्री फ़ारेनहाइट) रैखिक और चक्रीय कार्बोनेट जैसे, एथिलीन कार्बोनेट (ईसी) और डाइमिथाइल कार्बोनेट (डीएमसी) का संयोजन उच्च चालकता और ठोस विद्युत् अपघट्य अंतरापृष्ठ (एसईआई) बनाने की क्षमता प्रदान करता है। आवेश के समय कार्बनिक विलयन ऋणात्मक इलेक्ट्रोड पर आसानी से विघटित हो जाते हैं। जब उपयुक्त कार्बनिक विलयन को विद्युत् अपघट्य के रूप में उपयोग किया जाता है तो वियोग्य प्रारंभिक आवेशन पर विघटित हो जाता है और एक ठोस परत बनाता है जिसे ठोस विद्युत् अपघट्य अंतरापृष्ठ कहा जाता है जो विद्युत रूप से अवरोधित करता है, फिर भी महत्वपूर्ण आयनिक चालकता प्रदान करता है। अंतरापृष्ठ दूसरे आवेश के बाद विद्युत् अपघट्य के आगे विघटन को रोकता है। उदाहरण के लिए एथिलीन कार्बोनेट अपेक्षाकृत उच्च वोल्टेज 0.7 V लिथियम पर विघटित होता है। एक सघन और स्थिर अंतरापृष्ठ बनाता है। पीओई (बहुलक (ऑक्सीएथिलीन)) पर आधारित समग्र विद्युत् अपघट्य अपेक्षाकृत स्थिर अंतरापृष्ठ प्रदान करते हैं। यह या तो ठोस (उच्च आणविक भार) हो सकता है और शुष्क ली-बहुलक बैटरियों में लगाया जा सकता है या तरल (कम आणविक भार) और नियमित ली-आयन बैटरियों में लगाया जा सकता है। कमरे के तापमान वाले आयनिक तरल पदार्थ (आरटीआईएल) कार्बनिक विद्युत् अपघट्य की ज्वलनशीलता और अस्थिरता को सीमित करने का एक और तरीका है।

विद्युत् अपघट्य विकल्पों ने भी महत्वपूर्ण भूमिका निभाई है, उदाहरण के लिए लिथियम बहुलक बैटरी बहुलक विद्युत् अपघट्य लिथियम के डेंड्राइट गठन को कम करने के लिए आशाजनक हैं। माना जाता है कि बहुलक लघु परिपथ को रोकते हैं और चालकता बनाए रखते हैं।

विद्युत् अपघट्य में आयन विस्तृत होते हैं क्योंकि विद्युत् अपघट्य सांद्रता में छोटे परिवर्तन होते हैं। यहाँ केवल रैखिक प्रसार पर विचार किया गया है। समय t और दूरी x के फलन के रूप में सांद्रता c में परिवर्तन होता है:


 * $$\frac{\partial c}{\partial t} = \frac{D}{\varepsilon} \frac{\partial ^2 c}{\partial x^2}.$$

इस समीकरण में D लिथियम आयन के लिए प्रसार गुणांक है, विद्युत् अपघट्य में इसका मान $x$ है। विद्युत् अपघट्य की सरंध्रता ε का मान 0.724 है।

सेल
ली-आयन बैटरी (पूरी बैटरी से अलग) विभिन्न आकृतियों में उपलब्ध हैं, जिन्हें सामान्यतः चार समूहों में विभाजित किया जा सकता है:
 * छोटे बेलनाकार (टर्मिनलों के अतिरिक्त ठोस अवस्था जैसे कि पुराने लैपटॉप बैटरी में उपयोग किया जाता है।)
 * बड़े बेलनाकार (बड़े थ्रेडेड टर्मिनलों के साथ ठोस अवस्था)
 * फ्लैट या थैली (नर्म, समतल, जैसे कि बैटरी फोन और नए लैपटॉप में उपयोग किए जाने वाली लिथियम-आयन बहुलक बैटरी हैं।
 * बड़े थ्रेडेड टर्मिनलों के साथ कठोर प्लास्टिक की स्थिति (जैसे इलेक्ट्रिक वाहन कर्षण पैक)

बेलनाकार आकार वाली बैटरी एक विशिष्ट "स्विस रोल" तरीके से बनाई जाती हैं जिसे अमेरिका में "जेली रोल" के रूप में जाना जाता है, जिसका अर्थ है कि यह धनात्मक इलेक्ट्रोड, विभाजक, ऋणात्मक इलेक्ट्रोड और विभाजक का एक लंबा "सैंडविच" है। एक ही स्पूल में प्रयुक्त बेलनाकार बैटरियों में जेली रोल के आकार का अनुमान एक आर्किमिडीयन सर्पिल द्वारा लगाया जा सकता है। स्टैक्ड इलेक्ट्रोड वाली बैटरियों की तुलना में बेलनाकार बैटरियों का एक लाभ उत्पादन गति है। बेलनाकार बैटरियों की हानि उच्च निर्वहन धाराओं पर विकसित होने वाली बैटरियों के अंदर एक बड़ी रेडियल तापमान प्रवणता हो सकती है।

किसी केस की अनुपस्थिति थैली बैटरियों को उच्चतम गुरुत्वाकर्षण ऊर्जा घनत्व प्रदान करती है। हालाँकि, कई व्यावहारिक अनुप्रयोगों के लिए उनके आवेश की स्थिति (एसओसी) स्तर उच्च होने पर विस्तार को रोकने के लिए और बैटरी पैक की सामान्य संरचनात्मक स्थिरता के लिए जिसका वे भाग हैं उन्हें अभी भी रोकथाम के बाहरी साधनों की आवश्यकता होती है। कठोर प्लास्टिक और थैली-शैली दोनों बैटरियों को कभी-कभी उनके आयताकार आकार के कारण प्रिज्मीय बैटरियों के रूप में जाना जाता है। मुनरो और एसोसिएट्स के बैटरी प्रौद्योगिकी विश्लेषक मार्क एलिस का मानना ​​है कि बड़े पैमाने पर आधुनिक (~2020) इलेक्ट्रिक वाहन बैटरियों में उपयोग की जाने वाली तीन आधारिक ली-आयन बैटरी बेलनाकार बैटरी (जैसे, टेस्ला), प्रिज्मीय थैली (जैसे, एलजी से) और प्रिज्मीय कैन बैटरी (उदाहरण के लिए, एलजी, सैमसंग, पैनासोनिक और अन्य से) के प्रकार है। ईवी उपयोग के लिए प्रत्येक फॉर्म फैक्टर के विशिष्ट हानि और लाभ हैं।

2011 के बाद से कई शोध समूहों ने लिथियम आयन प्रवाह बैटरी के प्रदर्शन की घोषणा की है जो जलीय या कार्बनिक विलयन में कैथोड या एनोड धातु को निलंबित करती है।

2014 में पैनासोनिक ने सबसे छोटी ली-आयन बैटरी बनाई जो पिन के आकार थी इसका व्यास 3.5 मिमी और वजन 0.6 ग्राम था। सामान्य लिथियम बैटरियों के समान एक सिक्का बैटरी फॉर्म फैक्टर 2006 से ही LiCoO2 बैटरियों के लिए उपलब्ध है, जिसे सामान्यतः "LiR" उपसर्ग के साथ नामित किया जाता है।

बैटरी
एक बैटरी (जिसे बैटरी पैक भी कहा जाता है) में कई जुड़े हुए लिथियम-आयन सेल होते हैं लैपटॉप कंप्यूटर जैसे बड़े उपभोक्ता इलेक्ट्रॉनिक्स के लिए बैटरी पैक में तापमान संवेदक, वोल्टेज नियामक परिपथ, वोल्टेज टैप और आवेशित-स्टेट मॉनिटर भी होते हैं। ये घटक अतिऊष्मा और लघु परिपथ जैसे सुरक्षा जोखिमों को कम करते हैं। इलेक्ट्रिक कारों जैसे बड़े उपकरणों को विद्युत देने के लिए कई छोटी बैटरियों को एक समानांतर परिपथ में जोड़ना अधिक प्रभावी होता है।

उपयोग
वाणिज्यिक ली-आयन बैटरी के विशाल बहुमत का उपयोग उपभोक्ता इलेक्ट्रॉनिक्स और इलेक्ट्रिक वाहनों में किया जाता है। ऐसे उपकरणों में सम्मिलित हैं:


 * पोर्टेबल डिवाइस: इनमें मोबाइल फोन और स्मार्टफोन, लैपटॉप और टैबलेट, डिजिटल कैमरा और कैमकोर्डर, इलेक्ट्रॉनिक सिगरेट, हैंडहेल्ड गेम कंसोल और टार्च (फ्लैशलाइट्स) सम्मिलित हैं।
 * ऊर्जा टूल: ली-आयन बैटरी का उपयोग कॉर्डलेस ड्रिल, सैंडर्स, आरी, और व्हिपर-स्निपर्स और हेज ट्रिमर्स सहित कई प्रकार के बगीचे के उपकरण जैसे उपकरणों में किया जाता है।
 * इलेक्ट्रिक वाहन: इलेक्ट्रिक वाहन बैटरी का उपयोग इलेक्ट्रिक कारों में किया जाता है, हाइब्रिड वाहन, इलेक्ट्रिक मोटरसाइकिल और स्कूटर, इलेक्ट्रिक साइकिल, व्यक्तिगत ट्रांसपोर्टर और उन्नत इलेक्ट्रिक व्हीलचेयर इसके अतिरिक्त रेडियो-नियंत्रित मॉडल, मॉडल विमान, विमान और मंगल क्यूरियोसिटी रोवर मे किया जाता है।

अधिक विशिष्ट उपयोगों में दूरसंचार अनुप्रयोगों में बैकअप पावर सम्मिलित है। ग्रिड ऊर्जा भंडारण के संभावित विकल्प के रूप में लिथियम-आयन बैटरियों पर भी प्रायः चर्चा की जाती है। हालांकि 2020 तक वे बड़े पैमाने पर लागत प्रतिस्पर्धी नहीं थे।

प्रदर्शन
क्योंकि लिथियम-आयन बैटरियों में विभिन्न प्रकार की धनात्मक और ऋणात्मक इलेक्ट्रोड धातुएं हो सकती है। प्रायः ऊर्जा घनत्व और वोल्टेज के अनुसार भिन्न होती हैं।

संवृत-परिपथ वोल्टेज जलीय बैटरियों (जैसे सीसा-अम्ल, निकेल-धातु हाइड्राइड और निकेल-कैडमियम) की तुलना में अधिक है। आंतरिक प्रतिरोध साइकिल चालन और उम्र दोनों के साथ बढ़ता है। हालांकि यह बैटरी पर निर्भर करता है कि जिस वोल्टेज और तापमान पर संग्रहित होती है उस पर बहुत प्रभाव पड़ता है। बढ़ते आंतरिक प्रतिरोध के कारण भार के अंतर्गत टर्मिनलों पर वोल्टेज अपेक्षाकृत कम हो जाता है, जिससे अधिकतम धारा आकर्षण कम हो जाता है। अंततः बढ़ता प्रतिरोध बैटरी को ऐसी स्थिति में छोड़ देगा कि यह अस्वीकार्य वोल्टेज ड्रॉप या अतिआवेशित के अतिरिक्त इसके लिए अनुरोधित सामान्य निर्वहन धाराओं का समर्थन नहीं कर सकती है।

लिथियम आयरन फॉस्फेट धनात्मक और ग्रेफाइट ऋणात्मक इलेक्ट्रोड वाली बैटरियों में 3.2 V का नाममात्र संवृत-परिपथ वोल्टेज और 3.6 V का एक विशिष्ट आवेशन वोल्टेज होता है। ग्रेफाइट ऋणात्मक के साथ लिथियम निकेल मैंगनीज कोबाल्ट (एनएमसी) ऑक्साइड धनात्मक में 3.7 V नाममात्र वोल्टेज होता है। आवेश करते समय अधिकतम 4.2 V आवेशन प्रक्रिया धारा-सीमित परिपथ के साथ निरंतर वोल्टेज पर की जाती है (अर्थात, बैटरी में 4.2 V के वोल्टेज तक निरंतर धारा के साथ आवेश करना और निरंतर वोल्टेज प्रयुक्त होने तक प्रस्तुत रखना जब तक कि धारा शून्य के निकट न हो जाए) सामान्यतः आवेश प्रारंभिक आवेश धारा के 3% पर समाप्त हो जाता है। पहले, लिथियम-आयन बैटरियों को तीव्र से आवेश नहीं किया जा सकता था और पूरी तरह आवेश होने में कम से कम दो घंटे लगते थे। धारा पीढ़ी की बैटरियों को 45 मिनट या उससे कम समय में पूरी तरह से आवेश किया जा सकता है। 2015 में शोधकर्ताओं ने 600 एमएएच क्षमता की एक छोटी बैटरी को दो मिनट में 68 प्रतिशत क्षमता तक आवेश करने और 3,000 एमएएच क्षमता की बैटरी को पांच मिनट में 48 प्रतिशत क्षमता तक आवेश करने का प्रदर्शन किया है बाद वाली बैटरी का ऊर्जा घनत्व 620 W·h/L है। उपकरण ने एनोड में ग्रेफाइट अणुओं से जुड़े हेटरोएटोम्स को नियोजित किया है।

समय के साथ निर्मित बैटरियों के प्रदर्शन में सुधार हुआ है। उदाहरण के लिए 1991 से 2005 तक लिथियम आयन बैटरियों की प्रति कीमत ऊर्जा क्षमता में दस गुना से अधिक सुधार हुआ है जो 0.3 W·h प्रति डॉलर से बढ़कर 3 W·h प्रति डॉलर हो गई है। 2011 से 2017 की अवधि में प्रगति औसतन 7.5% वार्षिक हो रही है। कुल मिलाकर 1991 और 2018 के बीच सभी प्रकार की लिथियम-आयन बैटरियों (डॉलर प्रति kWh में) की कीमतें लगभग 97% कम हो गईं है। उसी समयावधि में ऊर्जा घनत्व तीन गुना से अधिक हो गया है। ऊर्जा घनत्व बढ़ाने के प्रयासों ने लागत में कमी लाने में महत्वपूर्ण योगदान दिया है।

समान रसायन विज्ञान वाली अलग-अलग आकार की बैटरियों में भी अलग-अलग ऊर्जा घनत्व हो सकते हैं। 21700 बैटरी में 18650 बैटरी की तुलना में 50% अधिक ऊर्जा है और बड़ा आकार इसके परिवेश में ऊष्मा हस्तांतरण को अपेक्षाकृत कम करता है।

जीवनकाल
लिथियम-आयन बैटरी के जीवन को सामान्यतः क्षमता हानि या प्रतिबाधा वृद्धि के संदर्भ में विफलता सीमा तक अभिगम्य के लिए पूर्ण आवेश-निर्वहन चक्रों की संख्या के रूप में परिभाषित किया जाता है। निर्माताओं की डेटाशीट सामान्यतः रेटेड बैटरी क्षमता के 80% तक के लिए चक्रों की संख्या के संदर्भ में जीवनकाल निर्दिष्ट करने के लिए "चक्रण जीवन" शब्द का उपयोग करती है। केवल आवेश अवस्था में लिथियम-आयन बैटरियों को संग्रहीत करने से उनकी क्षमता (चक्रीय Li+ की मात्रा) कम हो जाती है और बैटरी प्रतिरोध बढ़ जाता है मुख्य रूप से एनोड पर ठोस विद्युत् अपघट्य अंतरापृष्ठ की निरंतर वृद्धि के कारण कैलेंडर जीवन का उपयोग बैटरी के पूरे जीवन चक्र को दर्शाने के लिए किया जाता है जिसमें चक्र और निष्क्रिय भंडारण संचालन दोनों सम्मिलित होते हैं। बैटरी चक्र जीवन तापमान, निर्वहन धारा, आवेश धारा और आवेश दर की स्थिति (निर्वहन की गहराई) सहित कई अलग-अलग तनाव कारकों से प्रभावित होता है। स्मार्टफोन, लैपटॉप और इलेक्ट्रिक कारों जैसे वास्तविक अनुप्रयोगों में बैटरियों को पूरी तरह से आवेश और निर्वहन नहीं किया जाता है और इसलिए पूर्ण निर्वहन चक्र के माध्यम से बैटरी जीवन को परिभाषित करना भ्रामक हो सकता है। इस भ्रम से बचने के लिए शोधकर्ता कभी-कभी संचयी निर्वहन का उपयोग करते हैं। जिसे बैटरी द्वारा उसके पूरे जीवन या समकक्ष पूर्ण चक्रों के समय वितरित आवेश (एएच) की कुल मात्रा के रूप में परिभाषित किया जाता है, जो आंशिक चक्रों के योग को अंशों के रूप में दर्शाता है। पूर्ण आवेश-निर्वहन चक्र भंडारण के समय बैटरी का क्षरण तापमान और बैटरी की आवेश स्थिति (एसओसी) से प्रभावित होता है और पूर्ण आवेश (100% एसओसी) और उच्च तापमान (सामान्यतः> 50 डिग्री सेल्सियस) के संयोजन के परिणामस्वरूप क्षमता में तीव्रता से कमी और गैस उत्पादन हो सकता है। बैटरी संचयी निर्वहन को रेटेड नाममात्र वोल्टेज से गुणा करने पर बैटरी के जीवनकाल में वितरित कुल ऊर्जा प्राप्त होती है। इससे प्रति kWh ऊर्जा की लागत (आवेशन की लागत सहित) की गणना की जा सकती है।

अपने जीवनकाल के समय बैटरियां धीरे-धीरे नष्ट हो जाती हैं, जिससे इलेक्ट्रोड में विभिन्न प्रकार के रासायनिक और यांत्रिक परिवर्तनों के कारण क्षमता कम हो जाती है और कुछ स्थितियों में संचालन बैटरी वोल्टेज अपेक्षाकृत कम हो जाता है।

लिथियम-आयन बैटरियों में कई प्रक्रियाएं होती हैं कुछ साइकिल चलाने के समय, कुछ भंडारण के समय और कुछ प्रत्येक समय हानि दृढ़ता से तापमान पर निर्भर होती है कमरे के तापमान पर कमी न्यूनतम होती है लेकिन बैटरियों के लिए बढ़ जाती है उच्च तापमान या कम तापमान वाले वातावरण में संग्रहीत या उपयोग किया जाता है। उच्च आवेश स्तर भी क्षमता हानि को तीव्र करता है।

प्रयोगों को शीघ्र पूरा करने के लिए लिथियम-आयन बैटरी की उम्र बढ़ने के अधिकांश अध्ययन उच्च (50-60 डिग्री सेल्सियस) तापमान पर किए गए हैं। इन भंडारण स्थितियों के अंतर्गत पूरी तरह से आवेश निकेल-कोबाल्ट-एल्यूमीनियम और लिथियम-आयरन फॉस्फेट बैटरी सीए समाप्त कर देती हैं। 1-2 वर्ष में उनके चक्रीय शुल्क का 20% ऐसा माना जाता है कि उपरोक्त एनोड उम्र बढ़ना इन स्थितियों में सबसे महत्वपूर्ण कमी का मार्ग है। दूसरी ओर मैंगनीज-आधारित कैथोड इन परिस्थितियों में (लगभग 20-50%) कमी दिखाते हैं। संभवतः एमएन आयन विघटन के अतिरिक्त तंत्र के कारण 25 डिग्री सेल्सियस पर लिथियम-आयन बैटरियों का क्षरण 50 डिग्री सेल्सियस पर क्षरण के समान मार्ग का अनुसरण करता प्रतीत होता है, लेकिन आधी गति के साथ दूसरे शब्दों में सीमित एक्सट्रपोलेटेड प्रायोगिक डेटा के आधार पर लिथियम-आयन बैटरियों के अपरिवर्तनीय रूप से सीए नष्ट होने की संभावना है। 3-5 वर्षों में उनके चक्रीय आवेश का 20% या 25 डिग्री सेल्सियस पर 1000-2000 चक्र टाइटेनेट एनोड वाली लिथियम-आयन बैटरियां एसईआई वृद्धि से प्रभावित नहीं होती हैं और ग्रेफाइट एनोड की तुलना में अधिक समय तक (>5000 चक्र) चलती हैं। हालाँकि, पूर्ण बैटरियों में अन्य क्षरण तंत्र (अर्थात Mn3+ का विघटन और Ni3+/Li+ स्थान विनिमय, पीवीडीएफ बाइंडर का अपघटन और कण पृथक्करण) 1000-2000 दिनों के बाद दिखाई देते हैं और टाइटेनेट एनोड का उपयोग पूर्ण बैटरी स्थायित्व में सुधार नहीं करता है।

विस्तृत क्षरण विवरण
इनमें से कुछ तंत्रों का अधिक विस्तृत विवरण नीचे दिया गया है:

ऋणात्मक (एनोड) एसईआई परत, विद्युत् अपघट्य (जैसे एथिलीनकार्बोनेट) उत्पादों द्वारा बनाई गई एक निष्क्रियता कोटिंग, इलेक्ट्रॉन हस्तांतरण (इस प्रकार, आगे वियोग्य कमी) को रोकने के समय Li+ आयन चालन प्रदान करने के लिए आवश्यक है। विशिष्ट परिचालन स्थितियों के अंतर्गत ऋणात्मक एसईआई परत पहले कुछ आवेश (गठन चक्र) के बाद एक निश्चित मोटाई तक अभिगम्य हो जाती है, जिससे डिवाइस वर्षों तक संचालित हो सकता है। हालाँकि, उच्च तापमान पर या ऋणात्मक एसईआई के यांत्रिक पृथक्करण के कारण यह एक्ज़ोथिर्मिक विद्युत् अपघट्य कमी हिंसक रूप से आगे बढ़ सकती है और कई प्रतिक्रियाओं के माध्यम से विस्फोट का कारण बन सकती है। लिथियम-आयन बैटरियों की क्षमता सैकड़ों से हजारों चक्रों में नष्ट होने की संभावना रहती है। एसईआई के निर्माण में लिथियम आयनों उपभोग होता है, जिससे इलेक्ट्रोड धातु का समग्र आवेश और निर्वहन दक्षता कम हो जाती है। एक अपघटन उत्पाद के रूप में अधिक स्थिर एसईआई के निर्माण को बढ़ावा देने के लिए विभिन्न एसईआई गठन योजक को विद्युत् अपघट्य में जोड़ा जा सकता है जो इलेक्ट्रॉनों को अवरुद्ध करते समय लिथियम आयनों के गुजरने के लिए चयनात्मक रहता है। उच्च तापमान पर या तीव्रता गति से साइकिल चलाने वाली बैटरी एसईआई या लिथियम प्लेटिंग के आंशिक रूप से क्षरण के कारण ली-आयन बैटरियों के क्षरण को बढ़ावा दे सकती हैं। ली-आयन बैटरियों को 80% से अधिक आवेश करने से बैटरी का क्षरण तीव्रता से हो सकता है। विद्युत् अपघट्य और प्रतिकृया के आधार पर एनोड पर बनने वाले एसईआई परत के सामान्य घटकों में लिथियम ऑक्साइड, लिथियम फ्लोराइड और सेमीकार्बोनेट (उदाहरण के लिए, लिथियम एल्काइल कार्बोनेट) का मिश्रण सम्मिलित है। उच्च तापमान पर विद्युत् अपघट्य में सम्मिलित एल्काइल कार्बोनेट Li2CO3 जैसी अघुलनशील प्रजातियों में विघटित हो जाते हैं जिससे परत की मोटाई बढ़ जाती है। इससे बैटरी प्रतिबाधा बढ़ती है और साइकिल चलाने की क्षमता कम हो जाती है। विद्युत् अपघट्य अपघटन से बनने वाली गैसें बैटरी के आंतरिक बाद को बढ़ा सकती हैं और मोबाइल उपकरणों जैसे मांग वाले वातावरण में एक संभावित सुरक्षा समस्या हैं। 25 डिग्री सेल्सियस से नीचे एनोड पर धात्विक लिथियम की परत चढ़ाने और उसके बाद विद्युत् अपघट्य के साथ प्रतिक्रिया करने से चक्रीय लिथियम की हानि हो रही है। विस्तारित भंडारण से परत की मोटाई और क्षमता हानि में वृद्धि हो सकती है। 4.2 V से अधिक पर आवेश करने से एनोड पर Li+ प्लेटिंग प्रारम्भ हो सकती है, जिससे अपरिवर्तनीय क्षमता मे कमी हो सकती है।

आवेशित या निर्वहन होने पर बैटरियों मे ऊष्मा उत्पन्न होती हैं सामान्यतः उच्च धारा पर बड़े बैटरी पैक जैसे कि इलेक्ट्रिक वाहनों में उपयोग किए जाने वाले सामान्यतः तापीय प्रबंधन प्रणालियों से सुसज्जित होते हैं जो 15 डिग्री सेल्सियस (59 डिग्री फारेनहाइट) और 35 डिग्री सेल्सियस (95 डिग्री फारेनहाइट) के बीच तापमान बनाए रखते हैं। थैली और बेलनाकार बैटरी का तापमान निर्वहन धारा पर रैखिक रूप से निर्भर करता है। अपूर्णतः आंतरिक स्थिरता से तापमान बढ़ सकता है। कई बैटरियों वाली बड़ी बैटरियों के लिए गैर-समान तापमान गैर-समान और त्वरित कमी का कारण बन सकता है। इसके विपरीत LiFePO4 बैटरियों का कैलेंडर जीवन उच्च आवेश स्थितियों से प्रभावित नहीं होता है।
 * एनोड द्वारा विद्युत् अपघट्य की रासायनिक कमी
 * विद्युत् अपघट्य का तापीय अपघटन
 * कैथोड द्वारा विद्युत् अपघट्य का रासायनिक ऑक्सीकरण
 * कैथोड और एनोड द्वारा तापीय अपघटन
 * आवेश प्रभाव द्वारा आंतरिक लघु परिपथ

विशेषता
इलेक्ट्रिकल और इलेक्ट्रॉनिक इंजीनियरिंग संस्थान मानक 1188-1996 एक इलेक्ट्रिक वाहन में लिथियम-आयन बैटरियों को परिवर्तित करने का प्रयास करता है, जब उनकी आवेश क्षमता नाममात्र मान के 80% तक कम हो जाती है। निम्नलिखित में हम विभिन्न अध्ययनों के बीच तुलना बिंदु के रूप में 20% क्षमता हानि का उपयोग करेंगे। फिर भी हम ध्यान देंगे कि कमी का रैखिक मॉडल (प्रति चक्र या प्रति कैलेंडर समय में आवेश हानि का निरंतर %) सदैव प्रयुक्त नहीं होता है और यह बिंदु परिवर्तन के रूप में देखा जाता है इससे संबन्धित मुख्य क्षरण तंत्र का परिवर्तन प्रायः देखा जाता है।

निस्र्पण
पुनःआवेशनीय बैटरियां कई अंतरापृष्ठ वाले जटिल और विषम उपकरण हैं, जो आवश्यक हैं क्योंकि वे बैटरी फ़ंक्शन के मूल में हैं। ऊर्जा को संग्रहीत करने और प्रस्तुत करने के लिए उपयोग की जाने वाली रेडॉक्स प्रतिक्रियाओं में आवेश संतुलन के लिए इलेक्ट्रॉनों, रेडॉक्स केंद्रों और आयनों (सामान्यतः लिथियम) के (ट्रिपल) संपर्क की आवश्यकता होती है। अंतरापृष्ठ पर सामान्य प्रतिकृया भी होती हैं। इसलिए वे बैटरी जीवनकाल के लिए महत्वपूर्ण महत्व रखते हैं। बैटरियों में ठोस अंतरापृष्ठ का अध्ययन करने के लिए माप के दो मुख्य समुदाय ईएक्स-सीटू और ईएन-सीटू किए जा सकते हैं।

परमाणु चुंबकीय अनुनाद (एनएमआर)
परमाणु चुंबकीय अनुनाद परंपरागत रूप से पुनःआवेशनीय बैटरी के क्षेत्र में एक नियमित लक्षण वर्णन उपकरण नहीं है। हालाँकि, रासायनिक या स्थानिक चयनात्मकता के माध्यम से अंतरापृष्ठ को चयनित रूप से संबोधित करने की क्षमता ने हाल ही में बहुत रुचि उत्पन्न की है। पिछले वर्षों में उपयोग की गई मुख्य विशेषताओं में से एक एसईआई के एक्स-सीटू मैजिक एंगल स्पिनिंग एनएमआर (एमएएस-एनएमआर) अध्ययन और Li या Na प्लेटिंग के सीटू एनएमआर अध्ययन में मात्रा का स्थितिकरण था। यह ऊर्जा क्षमताशाली है लेकिन इसका उपयोग सावधानी से किया जाना चाहिए क्योंकि माप शुद्ध होने के लिए कई शर्तों को पूरा करना होगा। स्थानिक रूप से स्थानीयकृत जानकारी के लिए संवेदनशीलता और चुंबकीय अनुनाद छवि (एमआरआई) के लिए गतिशील परमाणु ध्रुवीकरण (डीएनपी) के विकास के परिणामस्वरूप भविष्य में बैटरी क्षेत्र में एनएमआर कार्यान्वयन की निरंतर प्रगति होनी सम्भव है।

एनएमआर के लिए ब्याज का भाग आर्गन ग्लोवबॉक्स में बैटरी से निकाला जाता है और एनएमआर प्रारूप धारक में स्थानांतरित किया जाता है। एनएमआर पारंपरिक रूप से बैटरी के आवेश की विभिन्न स्थितियों के लिए ठोस भागों में बड़े परिवर्तनों का अध्ययन करने के लिए किया जाता है और हाल ही में इसे लिथियम-आयन बैटरी के अंतरापृष्ठ घटकों विशेष रूप से ठोस इलेक्ट्रोड-विद्युत् अपघट्य अंतरापृष्ठ में अंतर्दृष्टि प्राप्त करने के लिए प्रयुक्त किया गया था। (एसईआई) एनोड के लिए ठोस विद्युत् अपघट्य प्रतिक्रियाशीलता और गतिशीलता और कैथोड के लिए कैथोड-विद्युत् अपघट्य अंतरापृष्ठ (सीईआई) तरल विद्युत् अपघट्य स्थिरता (सतह पर अपघटन उत्पाद) और ऋणात्मक इलेक्ट्रोड पर धातु (लिथियम) की परत चढ़ाना और अलग करना विशेष रुचि का है।

आईएन-एनएमआर के लिए माप को पूरी बैटरी मे एनएमआर चुंबक और रेडियो आवृत्ति कुंडल के भीतर रखा जाता है। स्वस्थानी एनएमआर लाभदायक है क्योंकि यह गैर-विनाशकारी है बैटरी को माप के लिए विनाशकारी उद्घाटन की आवश्यकता नहीं होती है और यह एक ही बैटरी पर आवेश की कई स्थितियों के लिए स्पेक्ट्रा को मापने की स्वीकृति देता है। ऑपरेंडो स्पेक्ट्रोस्कोपी (जबकि आवेश/निर्वहन के लिए धारा प्रवाहित हो रहा है) वास्तविक समय में क्षणिक चरणों का पता लगाने में सक्षम बनाता है, जो दृढ़ता से कम करने वाले वातावरण के कारण बैटरी में विशेष रुचि रखता है प्रायः आवेश के शीर्ष पर ऋणात्मक इलेक्ट्रोड पर लिथियम-आयन बैटरियों में धनात्मक एसईआई परत को ऋणात्मक एसईआई की तुलना में बहुत कम समझा जाता है। ऐसा माना जाता है कि इसमें कम आयनिक चालकता होती है और यह पुनर्चक्रण और कैलेंडर उम्र बढ़ने के समय कैथोड के बढ़े हुए अंतरापृष्ठ प्रतिरोध के रूप में दिखाई देता है।

कैथोड युक्त कुछ मैंगनीज क्षरण तंत्र द्वारा क्षीण हो सकते हैं जिसके परिणामस्वरूप मैंगनीज का विघटन होता है और एनोड पर कमी आती है। के लिए हंटर तंत्र द्वारा हाइड्रोफ्लोरोइक अम्ल त्रिसंयोजी मैंगनीज और घुलनशील चतुःसंयोजी मैंगनीज बनाने के लिए सतह त्रिसंयोजक मैंगनीज के अनुपातहीन होने के माध्यम से मैंगनीज की कमी को उत्प्रेरित करता है:


 * 2Mn3+ → Mn2++ Mn4+

स्पिनल के भौतिक हानि के परिणामस्वरूप क्षमता क्षीण हो जाती है। 50 डिग्री सेल्सियस तक का तापमान एनोड पर धात्विक मैंगनीज के रूप में Mn2+ का जमाव प्रारम्भ कर देता है जिसका प्रभाव लिथियम और कॉपर प्लेटिंग के समान होता है। सैद्धांतिक अधिकतम और न्यूनतम वोल्टेज पर साइकिल चलाने से जाह्न-टेलर विरूपण के माध्यम से क्रिस्टल जालक नष्ट हो जाती है, जो तब होता है जब निर्वहन के समय Mn4+ को Mn3+ को कम कर दिया जाता है। 3.6 V से अधिक आवेश की गई बैटरी का भंडारण कैथोड द्वारा विद्युत् अपघट्य ऑक्सीकरण प्रारम्भ करता है और कैथोड पर एसईआई परत के गठन को प्रेरित करता है। एनोड की तरह अत्यधिक एसईआई गठन एक अवरोधक बनाता है जिसके परिणामस्वरूप क्षमता में कमी और असमान धारा वितरण होता है। 2 V से कम पर भंडारण के परिणामस्वरूप तथा  कैथोड का धीमी गति से क्षरण होता है जिससे ऑक्सीजन मुक्त होती है और अपरिवर्तनीय क्षमता मे कमी होती है।

आग का जोखिम
लिथियम-आयन बैटरियां सुरक्षा के लिए जोखिम हो सकती हैं क्योंकि उनमें ज्वलनशील विद्युत् अपघट्य होता है और क्षतिग्रस्त होने पर उन पर दाब पड़ सकता है। बहुत तीव्रता से आवेशित की गई बैटरी लघु परिपथ का कारण बन सकती है जिससे विस्फोट और आग लग सकती है। ली-आयन बैटरी में आग (1) तापीय दुरुपयोग के कारण लग सकती है उदाहरण के लिए अपूर्णतः शीतलन या बाहरी आग (2) विद्युत दुरुपयोग, जैसे अतिआवेश या बाहरी लघु परिपथ (3) यांत्रिक दुरुपयोग जैसे प्रवेश या दुर्घटना या (4) आंतरिक लघु परिपथ जैसे विनिर्माण दोषों या उम्र बढ़ने के कारण, इन जोखिमों के कारण, परीक्षण मानक अम्ल-विद्युत् अपघट्य बैटरियों की तुलना में अधिक कठोर हैं, जिसके लिए व्यापक परीक्षण स्थितियों और अतिरिक्त बैटरी-विशिष्ट परीक्षणों दोनों की आवश्यकता होती है और सुरक्षा नियामकों द्वारा शिपिंग सीमाएं लगाई जाती हैं। कुछ संस्थाओ द्वारा बैटरी से संबंधित पुनर्चक्रण किया गया है, जिसमें बैटरी में आग लगने के कारण 2016 में सैमसंग गैलेक्सी नोट 7 को पुनः आवेशित करना भी सम्मिलित है।

लिथियम-आयन बैटरियों में ज्वलनशील तरल विद्युत् अपघट्य होता है। जो नष्ट बैटरी मे गंभीर आग का कारण बन सकता है। दोषपूर्ण आवेश बैटरी की सुरक्षा को प्रभावित कर सकते हैं क्योंकि वे बैटरी के सुरक्षा परिपथ को नष्ट कर सकते हैं। 0 डिग्री सेल्सियस से नीचे के तापमान पर आवेश करते समय बैटरियों के ऋणात्मक इलेक्ट्रोड को शुद्ध लिथियम के साथ चढ़ाया जाता है, जो पूरे पैक की सुरक्षा से समझौता कर सकता है।

बैटरी में लघु-परिपथ होने से बैटरी अत्यधिक गर्म हो जाती है और संभवतः आग लग सकती है। ली-आयन बैटरी में तापीय रनअवे से निकेलने वाला धुआं ज्वलनशील और विषैला दोनों होता है। कोबाल्ट-ऑक्साइड बैटरियों की अग्नि ऊर्जा धातु (विद्युत + रासायनिक) लगभग 100 से 150 kJ/(A·h) है, इसमें से अधिकांश रासायनिक है।

2010 के आसपास कुछ विमानों में विद्युत प्रणालियों के लिए अन्य रसायनों के स्थान पर बड़ी लिथियम आयन बैटरियां प्रस्तुत की गईं थी जनवरी 2014 तक, 2011 में प्रारम्भ किए गए बोइंग 787 यात्री विमान में कम से कम चार गंभीर लिथियम-आयन बैटरी में आग लगने या धुआं निकेलने की घटनाएं हुई थीं, जिससे दुर्घटनाएं नहीं हुईं लेकिन ऐसा होने की संभावना थी। यूपीएस एयरलाइंस के जहाज की 6 बैटरी के पेलोड में स्वचालित रूप से आग लगने के बाद दुबई में दुर्घटनाग्रस्त हो गई थी।

आग के जोखिम को कम करने के लिए अनुसंधान परियोजनाओं का उद्देश्य गैर-ज्वलनशील विद्युत् अपघट्य विकसित करना है।

हानिकारक और अतिभारित
यदि लिथियम-आयन बैटरी क्षतिग्रस्त हो जाती है या नष्ट हो जाती है या अतिआवेश सुरक्षा के बिना उच्च विद्युत भार के अधीन हो जाती है, तो समस्याएं उत्पन्न हो सकती हैं। बाहरी लघु परिपथ से बैटरी में विस्फोट हो सकता है।

यदि अत्यधिक गर्म या अत्यधिक आवेश किया जाए, तो ली-आयन बैटरियां तापीय रनवे और बैटरी विभाजन का शिकार हो सकती हैं। तापीय रनवे के समय आंतरिक क्षरण और ऑक्सीकरण प्रक्रियाएं बैटरी तापमान को 500 डिग्री सेल्सियस से ऊपर रख सकती हैं, जिससे द्वितीयक ज्वलनशील पदार्थों में आग लगने की संभावना होती है, साथ ही चरम स्थितियों में रिसाव, विस्फोट या आग लग सकती है। इन जोखिमों को कम करने के लिए कई लिथियम-आयन बैटरियों (और बैटरी पैक) में असफल-सुरक्षित परिपथ होता है जो बैटरी को तब डिस्कनेक्ट कर देता है जब इसका वोल्टेज प्रति बैटरी 3-4.2V की सुरक्षित सीमा से बाहर होता है, या जब अधिक आवेशित किया जाता है। लिथियम बैटरी पैक, विक्रेता द्वारा निर्मित हों या अंतिम उपयोगकर्ता द्वारा प्रभावी बैटरी प्रबंधन परिपथ के बिना इन कारणों के लिए अतिसंवेदनशील होते हैं। अपूर्णतः प्रारूप या कार्यान्वित बैटरी प्रबंधन परिपथ मे समस्याएँ उत्पन्न कर सकते हैं। यह निश्चित करना कठिन है कि कोई विशेष बैटरी प्रबंधन परिपथ ठीक से कार्यान्वित किया गया है।

वोल्टेज सीमा
लिथियम-आयन बैटरी 2.5 और 3.65/4.1/4.2 या 4.35V (बैटरी के घटकों के आधार पर) के बीच सुरक्षित बैटरियों के बाहर वोल्टेज दर के कारण तनाव के प्रति संवेदनशील होती हैं। इस वोल्टेज सीमा से अधिक होने पर समय से पहले समय सीमा नष्ट हो जाती है और बैटरियों में प्रतिक्रियाशील घटकों के कारण सुरक्षा जोखिम उत्पन्न हो जाता है। जब लंबे समय तक संग्रहीत किया जाता है तो सुरक्षा परिपथ का छोटा धारा ड्रा बैटरी को उसके शटऑफ वोल्टेज से नीचे ले जा सकता है तब सामान्य आवेश नष्ट हो सकते हैं क्योंकि बैटरी प्रबंधन प्रणाली (बीएमएस) इस बैटरी (या आवेश) की "विफलता" का रिकॉर्ड रख सकती है। कई प्रकार की लिथियम-आयन बैटरियों को 0 डिग्री सेल्सियस से नीचे सुरक्षित रूप से आवेश नहीं किया जा सकता है, क्योंकि इसके परिणामस्वरूप बैटरी के एनोड पर लिथियम की परत चढ़ सकती है, जिससे आंतरिक लघु-परिपथ पथ जैसी जटिलताएं हो सकती हैं।

प्रत्येक बैटरी में अन्य सुरक्षा सुविधाओं की आवश्यकता होती है:


 * शट-डाउन विभाजक (अति ताप के लिए)


 * टियर-अवे टैब (आंतरिक दाब के लिए)
 * वेंट (गंभीर रूप से गैस निकलने की स्थिति में दाब के लिए)
 * तापीय व्यवधान (अतिवर्तमान/अतिआवेश/पर्यावरणीय जोखिम)

ये सुविधाएँ आवश्यक हैं क्योंकि ऋणात्मक इलेक्ट्रोड उपयोग के समय ऊष्मा उत्पन्न करता है, जबकि धनात्मक इलेक्ट्रोड ऑक्सीजन का उत्पादन कर सकता है। हालाँकि ये अतिरिक्त उपकरण बैटरियों के अंदर जगह घेरते हैं, विफलता के बिंदु जोड़ते हैं और सक्रिय होने पर बैटरी को अपरिवर्तनीय रूप से अक्षम कर सकते हैं। इसके अतिरिक्त ये विशेषताएं निकेल धातु हाइड्राइड बैटरी की तुलना में लागत बढ़ाती हैं, जिसके लिए केवल हाइड्रोजन/ऑक्सीजन पुनर्संयोजन उपकरण और बैक-अप दाब वाल्व की आवश्यकता होती है। बैटरियों के अंदर सम्मिलित प्रदूषक तत्व इन सुरक्षा उपकरणों को हरा सकते हैं। इसके अतिरिक्त, इन सुविधाओं को सभी प्रकार की बैटरियों पर प्रयुक्त नहीं किया जा सकता है, उदाहरण के लिए प्रिज्मीय उच्च धारा बैटरियों को वेंट या तापीय स्थिरता से सुसज्जित नहीं किया जा सकता है। उच्च धारा वाली बैटरियों को अत्यधिक गर्मी या ऑक्सीजन का उत्पादन नहीं करना चाहिए, ऐसा न हो कि विफलता हो, संभवतः हिंसक। इसके अतिरिक्त, उन्हें आंतरिक तापीय फ़्यूज़ से सुसज्जित किया जाना चाहिए जो एनोड और कैथोड के उनकी तापीय सीमा तक पहुंचने से पहले कार्य करते हैं।

लिथियम-आयन बैटरियों में लिथियम कोबाल्ट ऑक्साइड धनात्मक इलेक्ट्रोड धातु को लिथियम धातु फॉस्फेट जैसे लिथियम आयरन फॉस्फेट (एलएफपी) के साथ परिवर्तन से चक्र गणना, जीवनकाल और सुरक्षा में सुधार होता है, लेकिन क्षमता कम हो जाती है। 2006 तक इन सुरक्षित लिथियम-आयन बैटरियों का उपयोग मुख्य रूप से इलेक्ट्रिक कारों और अन्य बड़ी क्षमता वाली बैटरी अनुप्रयोगों में किया जाता था, जहां सुरक्षा महत्वपूर्ण होती है।

प्रत्यावहन

 * अक्टूबर 2004 में क्योसेरा वायरलेस ने प्रतिलिपि की पहचान करने के लिए लगभग 1 मिलियन मोबाइल फोन बैटरियों का प्रत्यावहन किया।
 * दिसंबर 2005 में डेल ने लगभग 22,000 लैपटॉप कंप्यूटर बैटरी और अगस्त 2006 में 4.1 मिलियन बैटरियों का प्रत्यावहन किया।
 * 2006 में, डेल, सोनी, एप्पल, लेनोवो, पैनासोनिक, तोशिबा, हिताची, फुजित्सु और शार्प लैपटॉप में प्रयुक्त की गई लगभग 10 मिलियन सोनी बैटरियों को वापस बुला लिया गया। निर्माण के समय बैटरियों को धातु के कणों द्वारा आंतरिक संदूषण के प्रति संवेदनशील पाया गया था। कुछ परिस्थितियों में ये कण विभाजक को छेद सकते हैं, जिससे जोखिम लघु परिपथ हो सकता है।
 * मार्च 2007 में, कंप्यूटर निर्माता लेनोवो ने विस्फोट के जोखिम में लगभग 205,000 बैटरियों का प्रत्यावहन किया।
 * अगस्त 2007 में, मोबाइल फोन निर्माता नोकिया ने अतिआवेशित और विस्फोट के जोखिम में 46 मिलियन से अधिक बैटरी को याद किया। ऐसी एक घटना फिलीपींस में हुई जिसमें नोकिया N91 सम्मिलित है, जिसमें BL-5C बैटरी का उपयोग किया गया था।
 * सितंबर 2016 में, सैमसंग ने 35 की पुष्टि की आग के बाद लगभग 2.5 मिलियन गैलेक्सी नोट 7 फोन का प्रत्यावहन किया। प्रत्यावहन करते हुए सैमसंग की बैटरी में एक विनिर्माण डिजाइन दोष के कारण था, जिसके कारण आंतरिक धनात्मक और ऋणात्मक ध्रुवों को छूना पड़ा था।

परिवहन प्रतिबंध
अंतर्राष्ट्रीय हवाई परिवहन संघ का अनुमान है कि प्रत्येक वर्ष एक अरब से अधिक लिथियम धातु और लिथियम-आयन बैटरी उड़ाए जाते हैं। आग के जोखिम के कारण विमान में कुछ प्रकार की लिथियम बैटरियों को प्रतिबंधित किया जा सकता है। कुछ डाक प्रशासन लिथियम और लिथियम-आयन बैटरियों की हवाई शिपिंग (ईएमएस सहित) को या तो अलग से या उपकरण में स्थापित करने पर प्रतिबंध लगाते हैं।

इलेक्ट्रिक वाहन आपूर्ति श्रृंखला
इलेक्ट्रिक वाहन आपूर्ति श्रृंखला में अपरिष्कृत धातु का खनन और शोधन और विनिर्माण प्रक्रियाएं सम्मिलित हैं जो इलेक्ट्रिक वाहनों के लिए लिथियम आयन बैटरी और अन्य घटकों का उत्पादन करती हैं। लिथियम-आयन बैटरी आपूर्ति श्रृंखला समग्र ईवी आपूर्ति श्रृंखला का एक प्रमुख घटक है और वाहन के मूल्य में बैटरी की भागेदारी 30%-40% है। लिथियम, कोबाल्ट, ग्रेफाइट, निकेल और मैंगनीज सभी महत्वपूर्ण खनिज हैं जो इलेक्ट्रिक वाहन बैटरी के लिए आवश्यक हैं। इलेक्ट्रिक वाहन विणपन में वृद्धि के कारण इन धातुओ की मांग तीव्रता से बढ़ रही है, जो काफी हद तक नवीकरणीय ऊर्जा में प्रस्तावित संक्रमण से प्रेरित है। इन धातुओ के लिए आपूर्ति श्रृंखला को सुरक्षित करना एक प्रमुख विश्व आर्थिक मुद्दा है। अपरिष्कृत धातु की मांग को कम करने के लिए बैटरी प्रौद्योगिकी में पुनर्चक्रण और उन्नति प्रस्तावित योजनाए हैं। आपूर्ति श्रृंखला के कारण बाधाएँ उत्पन्न कर सकते हैं, ईवी की लागत बढ़ा सकते हैं और उनके क्षमता को अपेक्षाकृत कम कर सकते हैं।

बैटरी आपूर्ति श्रृंखला को कई चुनौतियों का सामना करना पड़ता है। बैटरी खनिज सामान्यतः 50,000 मील की यात्रा करते हैं जहां से उन्हें निम्न प्रवाह विनिर्माण सुविधाओं तक निकाला जाता है। महत्वपूर्ण खनिजों के भंडार अधिकांश वैश्विक दक्षिण में कुछ ही देशों में केंद्रित हैं। इन भंडारों का खनन दुर्बल विनियमन, भ्रष्टाचार और पर्यावरणीय कमी के कारण आस-पास के समुदायों के लिए जोखिम उत्पन्न करता है। इन समुदायों को मानवाधिकारों के उल्लंघन, पर्यावरणीय न्याय के बाल श्रम की समस्याओं और खनन गतिविधियों से संदूषण की संभावित पीढ़ीगत समस्याओं का सामना करना पड़ता है।

पर्यावरणीय प्रभाव
लिथियम, निकेल और कोबाल्ट का निष्कर्षण, विलयन का निर्माण और खनन उपोत्पाद महत्वपूर्ण पर्यावरणीय और स्वास्थ्य जोखिम प्रस्तुत करते हैं। जल प्रदूषण के कारण लिथियम का निष्कर्षण जलीय जीवन के लिए घातक हो सकता है। यह सतही जल संदूषण, पेयजल संदूषण, श्वसन संबंधी समस्याएं, पारिस्थितिकी तंत्र क्षरण और परिदृश्य क्षति का कारण माना जाता है। इससे शुष्क क्षेत्रों में पानी की खपत (प्रति टन 1.9 मिलियन लीटर लिथियम भी अस्थिर हो जाती है। लिथियम निष्कर्षण के बड़े पैमाने पर उपोत्पाद उत्पादन से बड़ी मात्रा में मैग्नीशियम और चूने के अपशिष्ट जैसी अस्पष्ट समस्याएं भी सामने आती हैं।

लिथियम खनन उत्तर और दक्षिण अमेरिका, एशिया, दक्षिण अफ्रीका, ऑस्ट्रेलिया और चीन में होता है।

एक किलोग्राम ली-आयन बैटरी के निर्माण में लगभग 67 मेगाजूल (एमजे) ऊर्जा लगती है। लिथियम-आयन बैटरी निर्माण की ग्लोबल वार्मिंग क्षमता खनन और विनिर्माण कार्यों में उपयोग किए जाने वाले ऊर्जा स्रोत पर निर्भर करती है और इसका अनुमान लगाना जटिल है, लेकिन 2019 के एक अध्ययन में 73 किलोग्राम CO2e/kWh का अनुमान लगाया गया है। प्रभावी पुनर्चक्रण से उत्पादन के कार्बन पदचिह्न को अपेक्षाकृत स्थिति तक कम किया जा सकता है।

ठोस अपशिष्ट और पुनर्चक्रण
लोहा, तांबा, निकेल और कोबाल्ट सहित ली-आयन बैटरी तत्वों को भस्मक और लैंडफिल के लिए सुरक्षित माना जाता है। इन धातुओं को पुनर्नवीनीकरण किया जा सकता है, सामान्यतः अन्य धातुओ को जलाकर, लेकिन खनन सामान्यतः पुनर्चक्रण की तुलना में मितव्ययी रहता है पुनर्चक्रण की लागत $3/kg हो सकती है और 2019 में 5% से कम लिथियम आयन बैटरियों को पुनर्चक्रण किया जा रहा था। 2018 के बाद से पुनर्चक्रण उपज में अपेक्षाकृत वृद्धि हुई है और लिथियम, मैंगनीज, एल्यूमीनियम, विद्युत् अपघट्य के कार्बनिक विलयन और ग्रेफाइट को औद्योगिक पैमाने पर पुनर्प्राप्त करना संभव है। बैटरी के निर्माण में सम्मिलित सबसे कीमती धातु कोबाल्ट है। लिथियम प्रयुक्त की जाने वाली अन्य धातुओं की तुलना में कम कीमती है और इसे लगभग ही कभी पुनर्नवीनीकरण किया जाता है, लेकिन पुनर्चक्रण से भविष्य में इसकी कमी को रोका जा सकता है।

बैटरी अपशिष्ट का संचय तकनीकी चुनौतियाँ और स्वास्थ्य संबंधी जोखिम प्रस्तुत करता है। चूँकि इलेक्ट्रिक कारों का पर्यावरणीय प्रभाव लिथियम-आयन बैटरियों के उत्पादन से बहुत अधिक प्रभावित होता है, इसलिए अपशिष्ट को पुन: उपयोग करने के कुशल तरीकों का विकास महत्वपूर्ण है। पुनर्चक्रण एक बहु-चरणीय प्रक्रिया है, जो उपयोग से पहले बैटरियों के भंडारण से प्रारम्भ होता है। इसके बाद मैन्युअल परीक्षण, अलग करना और अंत में बैटरी घटकों का रासायनिक पृथक्करण होता है। पूर्ण पुनर्चक्रण की तुलना में बैटरी के पुन: उपयोग को प्राथमिकता दी जाती है क्योंकि इस प्रक्रिया में कम ऊर्जा होती है। चूँकि ये बैटरियाँ टायर रबर जैसे पारंपरिक वाहन अपशिष्ट की तुलना में बहुत अधिक प्रतिक्रियाशील होती हैं, इसलिए प्रयुक्त बैटरियों को एकत्र करने में महत्वपूर्ण जोखिम होते हैं।

पाइरोमेटलर्जिकल पुनरुत्थान
पाइरोमेटालर्जिकल विधि बैटरी में धातु ऑक्साइड के घटकों को Co, Cu, Fe और Ni के मिश्र धातु में कम करने के लिए उच्च तापमान वाली भट्टी का उपयोग किया जाता है। यह पुनर्चक्रण की सबसे सामान्य और व्यावसायिक रूप से स्थापित विधि है और गलाने की दक्षता बढ़ाने और उष्मगतिकी में सुधार करने के लिए इसे अन्य समान बैटरियों के साथ जोड़ा जा सकता है। धातु धारा संग्राहक गलाने की प्रक्रिया में सहायता करते हैं, जिससे पूरी बैटरियों या मॉड्यूल को एक ही बार में पिघलाया जा सकता है। इस विधि का उत्पाद धातु मिश्र धातु, स्लैग और गैस का संग्रह है। उच्च तापमान पर बैटरी बैटरियों को एक साथ रखने के लिए उपयोग किए जाने वाले बहुलक जल जाते हैं और धातु मिश्र धातु को हाइड्रोमेटलर्जिकल प्रक्रिया के माध्यम से अपने अलग-अलग घटकों में अलग किया जा सकता है। स्लैग को और अधिक परिष्कृत किया जा सकता है या सीमेंट उद्योग में उपयोग किया जा सकता है। यह प्रक्रिया अपेक्षाकृत जोखिम-मुक्त है और बहुलक दहन से होने वाली एक्ज़ोथिर्मिक प्रतिक्रिया आवश्यक इनपुट ऊर्जा को कम कर देती है। हालाँकि इस प्रक्रिया में, प्लास्टिक, विद्युत् अपघट्य और लिथियम लवण नष्ट हो जाते है।

हाइड्रोमेटालर्जिकल धातुओं का पुनर्ग्रहण
इस विधि में कैथोड से वांछित धातुओं को निकालने के लिए जलीय विलयन का उपयोग सम्मिलित है। सबसे सामान्य अभिकर्मक सल्फ्यूरिक अम्ल है। लीचिंग दर को प्रभावित करने वाले कारकों में अम्ल की सांद्रता, समय, तापमान, ठोस से तरल अनुपात और अपेक्षाकृत कम करने वाले अभिकर्मक सम्मिलित हैं। यह प्रयोगात्मक रूप से सिद्ध है कि H2O2 प्रतिक्रिया के माध्यम से लीचिंग की दर को तीव्र करने के लिए एक कम करने वाले अभिकर्मक के रूप में कार्य करता है:

2LiCoO2(s) + 3H2SO4 + H2O2 → 2CoSO4(aq) + Li2SO4 + 4H2O + O2

एक बार निक्षालित होने के बाद विलयन के पीएच स्तर को परिवर्तित करके नियंत्रित वर्षा प्रतिक्रियाओं के माध्यम से धातुओं को निकाला जा सकता है। सबसे महंगी धातु कोबाल्ट, सल्फेट, ऑक्सालेट, हाइड्रॉक्साइड या कार्बोनेट के रूप में पुनर्प्राप्त किया जा सकता है। हाल ही में पुनर्चक्रण विधियों में निक्षालित धातुओं से कैथोड के प्रत्यक्ष पुनरुत्पादन का प्रयोग किया गया है। इन प्रक्रियाओं में लक्ष्य कैथोड समरूपता के लिए विभिन्न निक्षालित धातुओं की सांद्रता को पहले से मापा जाता है और फिर कैथोड को प्रत्यक्ष रूप से संश्लेषित किया जाता है।

हालाँकि, इस विधि के साथ मुख्य समस्या यह है कि बड़ी मात्रा में वियोग्य की आवश्यकता होती है और निराकरण की उच्च लागत होती है। हालाँकि बैटरियों को विभाजित करना आसान है, प्रारम्भ में कैथोड और एनोड को मिलाने से प्रक्रिया जटिल हो जाती है। इसलिए उन्हें भी अलग करने की आवश्यकता होती है। दुर्भाग्य से बैटरियों का धारा प्रारूप प्रक्रिया को अपेक्षाकृत जटिल बना देता है और संवृत-लूप बैटरी सिस्टम में धातुओं को अलग करना भिन्न भिन्न स्थानों पर जटिल हो सकता है।

प्रत्यक्ष पुनर्चक्रण
प्रत्यक्ष पुनर्चक्रण में इलेक्ट्रोड से कैथोड या एनोड को निकालना, उसकी पुनर्निर्माण करना और फिर एक नई बैटरी में पुन: उपयोग करना सम्मिलित है। क्रिस्टल आकारिकी में बहुत कम परिवर्तन के साथ मिश्रित धातु-आक्साइड को नए इलेक्ट्रोड में जोड़ा जा सकता है। इस प्रक्रिया में सामान्यतः पुनर्चक्रण से होने वाले क्षरण के कारण कैथोड में लिथियम की हानि को पूरा करने के लिए नए लिथियम को सम्मिलित करना सम्मिलित होता है। कैथोड परत को विघटित बैटरियों से प्राप्त किया जाता है, फिर एनएमपी में भिगोया जाता है और अतिरिक्त एकत्र कैथोड को हटाने के लिए सोनिकेशन से गुजरना पड़ता है। एनीलीन से पहले इसे LiOH/Li2SO4 युक्त विलयन से जलतापीय रूप से उपचारित किया जाता है।

यह विधि गैर-कोबाल्ट आधारित बैटरियों के लिए अपेक्षाकृत लागत प्रभावी है क्योंकि कच्ची धातु से लागत का बड़ा भाग पूरा नहीं होता है। प्रत्यक्ष पुनर्चक्रण समय लेने वाले और कीमती शुद्धिकरण चरणों से बचाता है, जो कम लागत वाले कैथोड जैसे LiMn2O4 और LiFePO4 के लिए बहुत अच्छा है। इन मितव्ययी कैथोड के लिए अधिकांश लागत अंतः स्थापित ऊर्जा और कार्बन पदचिह्न कच्ची धातु के अतिरिक्त विनिर्माण से जुड़े हैं। यह प्रयोगात्मक रूप से दिखाया गया है कि प्रत्यक्ष पुनर्चक्रण प्राचीन ग्रेफाइट के समान गुणों को पुन: उत्पन्न कर सकता है।

विधि का दोष सेवानिवृत्त बैटरी की स्थिति में है। ऐसी स्थितियों में जहां बैटरी अपेक्षाकृत स्वस्थ है, प्रत्यक्ष पुनर्चक्रण में इसके गुणों को निष्कासित कर सकता है। हालाँकि उन बैटरियों के लिए जहां आवेश की स्थिति अपेक्षाकृत कम है प्रत्यक्ष पुनर्चक्रण निवेश के योग्य नहीं हो सकता है। प्रक्रिया को विशिष्ट कैथोड संरचना के अनुरूप भी बनाया जाना चाहिए और इसलिए प्रक्रिया को एक समय में एक प्रकार की बैटरी में परिवर्तित किया जाना चाहिए। अंत में तीव्रता से विकसित हो रही बैटरी तकनीक के समय में आज बैटरी का प्रारूप अब एक दशक बाद वांछनीय नहीं रह जाएगा, जिससे प्रत्यक्ष पुनर्चक्रण अप्रभावी हो सकता है।

मानवाधिकार प्रभाव
लिथियम आयन बैटरियों के लिए अपरिष्कृत धातु का निष्कर्षण स्थानीय लोगों और भूमि-आधारित स्वदेशी जनसंख्या के लिए जोखिम उत्पन्न कर सकता है।

कांगो लोकतांत्रिक गणराज्य से प्राप्त कोबाल्ट का खनन प्रायः कुछ सुरक्षा सावधानियों के साथ हाथ के औजारों का उपयोग करके श्रमिकों द्वारा किया जाता है, जिसके परिणामस्वरूप प्रायः चोटें और मौतें होती हैं। इन खदानों के प्रदूषण ने लोगों को जहरीले रसायनों के संपर्क में ला दिया है, जिसके विषय में स्वास्थ्य अधिकारियों का मानना ​​है कि यह जन्म दोष और सांस लेने में कठिनाई का कारण बनता है। मानवाधिकार कार्यकर्ताओं ने आरोप लगाया है और खोजी पत्रकारिता ने इसकी पुष्टि की है, कि इन खदानों में बाल श्रम का उपयोग किया जाता है।

अर्जेंटीना में लिथियम निष्कर्षण संस्थाओं और स्वदेशी लोगों के बीच संबंधों के एक अध्ययन से संकेत प्राप्त होता है कि राज्य ने स्वदेशी लोगों के स्वतंत्र पूर्व और सूचित सहमति के अधिकार की रक्षा नहीं की है और निष्कर्षण संस्थाओं ने सामान्यतः सूचना से समुदाय की अभिगम्यता को नियंत्रित रखा हैं परियोजनाओ और लाभ को साझा करने के लिए चर्चा के नियमों को निर्धारित करती हैं।

संयुक्त राज्य अमेरिका नेवादा में थैकर के पास लिथियम खदान के विकास को कई स्वदेशी जनजातियों के विरोध और आरोपों का सामना करना पड़ा है, जिन्होंने कहा है कि उन्हें मुक्त पूर्व और सूचित सहमति प्रदान नहीं की गई थी। यह परियोजना सांस्कृतिक और पवित्र स्थलों को जोखिम में डालती है। संसाधन निष्कर्षण और लापता एवं हत्या की गई स्वदेशी महिलाओं के बीच संबंधों ने भी स्थानीय समुदायों को चिंता व्यक्त करने के लिए प्रेरित किया है कि यह परियोजना स्वदेशी महिलाओं के लिए जोखिम उत्पन्न करेगी। जिसके प्रदर्शनकारियों ने जनवरी 2021 मे प्रस्तावित खदान स्थल को अधिकृत कर लिया हैं।

अनुसंधान
शोधकर्ता इन बैटरियों की विद्युत घनत्व, सुरक्षा, चक्र स्थायित्व (बैटरी जीवन), आवेश समय, लागत और अन्य विशेषताओं के साथ-साथ अनुसंधान विधियों और उपयोगों को अपेक्षाकृत बनाने के लिए सक्रिय रूप से कार्य कर रहे हैं।

यह भी देखें

 * बोरेट ऑक्सालेट
 * वाणिज्यिक बैटरी प्रकारों की तुलना
 * यूरोपीय बैटरी गठबंधन
 * सूक्ष्मवायर बैटरी
 * ठोस अवस्था बैटरी
 * पतली-फिल्म लिथियम-आयन बैटरी
 * ब्लेड बैटरी
 * फ्लो बैटरी
 * वीआरएलए बैटरी

बाहरी संबंध

 * List of World's Largest Lithium-ion Battery Factories (2020).
 * Energy Storage Safety at National Renewable Energy Laboratory (NREL).
 * New More Efficient Lithium-ion Batteries The New York Times. September 2021.
 * NREL Innovation Improves Safety of Electric Vehicle Batteries, NREL, October 2015.
 * Degradation Mechanisms and Lifetime Prediction for Lithium-Ion Batteries, NREL, July 2015.
 * Impact of Temperature Extremes on Large Format Li-ion Batteries for Vehicle Applications, NREL, March 2013.
 * Impact of Temperature Extremes on Large Format Li-ion Batteries for Vehicle Applications, NREL, March 2013.

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