Область аккумуляторных технологий, которая привлекает наибольшее количество исследований с начала 1990-х годов, — это класс батарей с литиевым анодом. Из-за высокой химической активности лития необходимо использовать неводные (органические или неорганические) электролиты. К таким электролитам относятся отдельные твердые кристаллические соли (см. ниже). Эта совершенно новая наука способствовала коммерческому производству некоторых батарей, не имеющих сепараторного слоя между анодом и жидким катодом, что является маловероятным условием для успеха в водных системах. На литии автоматически образуется стабильный защитный слой, который служит сепаратором. При разряде защитный слой становится более пористым, что позволяет работать на высоких токах при почти постоянном напряжении около 3,6 вольт. Это обеспечивает очень высокую плотность мощности и плотность энергии. В большинстве коммерческих элементов, предназначенных для потребительского рынка, сепараторы устанавливаются во время сборки элементов на заводах, но при этом они все равно обеспечивают высокую плотность энергии и мощности. Литиевые батареи особенно привлекательны для использования в некоторых аэрокосмических приложениях, наземной портативной военной технике, а также в таких гражданских приложениях, как портативные компьютеры, сотовые телефоны, персональные пейджинговые системы, кардиостимуляторы и автоматические камеры.
Несмотря на очевидные преимущества, использование литиевых батарей имеет некоторые ограничения. Литий очень чувствителен к высоким температурам, и тепло, выделяющееся при разрядке или перезарядке литиевых батарей, может привести к повышению температуры элемента до уровня, при котором компоненты батареи самопроизвольно соединяются, и элемент дымится или загорается в результате явления, известного как «тепловой выбег». Для минимизации этого риска были разработаны специальные сепараторы и конструкции элементов. Кроме того, литиевые элементы должны изготавливаться в очень сухих условиях, чтобы предотвратить поглощение влаги из воздуха; запечатанная внутри литиевого элемента, влага соединяется с литием, образуя оксиды лития и водород, а давление газа может привести к разрушению элемента. На заводе с литием нужно обращаться очень осторожно, и у многих крупных производителей случались пожары в помещениях для сборки элементов. Необходимость принимать меры по предотвращению пожаров, требуемые условия сухого помещения и включение органических соединений в формулы элементов делают литиевые элементы несколько дороже других типов обычных батарей. Кроме того, существуют государственные нормы безопасности, ограничивающие вес лития в коммерческих поставках, что делает распространение литиевых элементов большего размера, чем AA или AAA, непомерно дорогим.
Литий-железо-сульфидные батареи небольших размеров обладают высокой емкостью и низкой стоимостью как для легких, так и для тяжелых нагрузок, в зависимости от конструкции внутренней части элемента. В операциях, требующих напряжения от 1,5 до 1,8 вольт, эти батареи являются потенциальной заменой некоторым цинк-серебряным оксидным батареям. В конструкциях, где электроды состоят из свернутых в рулон («желе») полосок, как в небольших никель-кадмиевых аккумуляторах (рассматриваются в разделе «Щелочные аккумуляторы»), достигается более высокая плотность мощности при сохранении высокой емкости для использования в тяжелых условиях, например, в цифровых камерах, игрушках с электроприводом и сотовых телефонах. Типичным электролитом может быть соль тетрафторбората лития в смеси растворителей, состоящей из пропиленкарбоната, 2-метил-2-оксазолидона и диметоксиэтана.
Литий-марганцевые элементы постепенно находят все более широкое применение в небольших приборах, особенно в автоматических фотоаппаратах. Батареи такого типа имеют рабочее напряжение 2,8-3,2 вольта, обладают высокой плотностью энергии и относительно низкой ценой для своих возможностей.
Система литий-углерод-монофторид была одной из самых успешных среди первых коммерческих литиевых миниатюрных батарей. Она широко использовалась в камерах и небольших устройствах, обеспечивая напряжение около 3,2 вольта на элемент, высокую плотность мощности и длительный срок хранения. Также обеспечивается хорошая работа при низких температурах и постоянное напряжение разряда в течение долгого времени. Однако стоимость монофторида углерода высока.
Литий-тионилхлоридные батареи обеспечивают самую высокую плотность энергии и удельную мощность из всех имеющихся в продаже. Тионилхлорид, очень агрессивный и токсичный химикат, служит не только растворителем электролита, но и материалом для катода. Образование пленки соли хлорида лития на литии предотвращает протекание реакции между литиевым анодом и прилегающим жидким катодным материалом. Электрический контакт и реакционный центр катода состоят из пористого прессованного и связанного углеродного порошка. Производительность батарей такого типа при комнатной температуре очень впечатляет. Более того, элемент может работать при температур е-54 °C (-65 °F), что намного ниже точки, при которой функционируют водные системы. Из-за высокой плотности энергии и коррозийного электролита литий-тионилхлоридные батареи следует использовать с осторожностью, не открывать, не сжигать и не выбрасывать без разбора. Такие элементы полезны для питания военного оборудования, обеспечения резервного питания аэрокосмических систем и работы персональных пейджеров.
Литий-сернокислые батареи широко используются в некоторых аварийных блоках питания для самолетов и в военных приложениях для работы в холодную погоду (например, для работы радио). Катод состоит из газа под давлением с другим химическим веществом в качестве соли электролита; это аналогично электролиту из тионилхлорида и его жидкому катоду. Система работает хорошо, но иногда наблюдается выделение вредного диоксида серы, особенно после холодного разряда и последующего прогрева. Выделение коррозийных или токсичных газов любым типом аккумулятора в закрытом пространстве, особенно в самолете, является существенным недостатком конструкции.
