TỔNG QUAN VỀ PIN ĐIỆN THOẠI VÀ CÁC CÔNG NGHỆ ỨNG DỤNG TRONG LĨNH VỰC SẠC PIN ĐIỆN THOẠI
Pin là gì?
Pin là thiết bị lưu trữ năng lượng hóa học, chuyển hóa thành điện năng khi sử dụng Hiện nay, pin đóng vai trò quan trọng trong việc cung cấp năng lượng cho các thiết bị di động nhờ vào kích thước gọn nhẹ và khả năng cung cấp điện áp ổn định Dung lượng pin được đo bằng đơn vị mAh (mili Ampe giờ).
Hiện nay trên thị trường có 2 loại pin được sử dụng phổ biến trên điện thoại đó là pin Li-Po và Li-Ion.
Các công nghệ pin phổ biến trên thị trường
Pin Li-Po, hay còn gọi là pin Lithium-Ion Polymer, sử dụng chất điện phân dạng polymer khô, tạo nên cấu trúc mỏng nhẹ và linh hoạt Với thiết kế này, pin Li-Po có thể được sản xuất với nhiều kích thước khác nhau, thường được ứng dụng trong các thiết bị điện tử như điện thoại, máy tính bảng và laptop cao cấp như iPhone, iPad và MacBook Pin Li-Po nổi bật với khả năng lưu trữ năng lượng tốt, ít bị suy giảm dung lượng sau thời gian dài không sử dụng, và có tuổi thọ lên tới 1.000 lần sạc mà vẫn duy trì hiệu suất cao.
Pin Lithium-Ion (Li-Ion) được cấu tạo từ dung môi hữu cơ làm chất điện phân, cho phép trao đổi ion giữa anode và cathode Tuy nhiên, dung môi này dễ cháy nổ, làm tăng tính biến động và nguy cơ cháy nổ nếu sử dụng không đúng cách So với pin Lithium-Polymer (Li-Po), pin Li-Ion có chi phí sản xuất thấp hơn và từng là tiêu chuẩn cho các thiết bị di động cũ, nhưng hiện nay ít được ứng dụng Pin Li-Ion thường được bọc trong lớp vỏ kim loại cứng, làm tăng trọng lượng và hạn chế tùy chọn về hình dạng và kích thước Chu kỳ sạc của pin Li-Ion cũng ngắn hơn, chỉ khoảng 400-500 lần.
So sánh pin Li-po và pin Li-Ion
Nhìn chung pin Li-Ion và Li-Po đều có một số điểm tương tự nhau như:
Đều cho phép sử dụng sạc pin và dùng lại nhiều lần
Đều được cấu tạo từ các thành phần hóa học
Nguyên lý hoạt động đều dựa trên sự trao đổi ion
Pin Li-Ion và Li-Po khác nhau chủ yếu ở chất điện phân hóa học giữa hai điện cực Pin Li-Po có số chu kỳ sạc lâu hơn, an toàn hơn và kích thước nhỏ gọn với nhiều tùy chọn kích thước Tuy nhiên, giá thành sản xuất pin Li-Po cao hơn so với pin Li-Ion.
Nguyên lý hoạt động và quá trình sạc xả của pin Li-Ion
Sạc pin hoạt động dựa trên nguyên lý của máy biến áp, chuyển đổi điện áp cao 220V thành điện áp thấp phù hợp với từng dòng điện thoại Quá trình này bao gồm việc biến đổi dòng điện xoay chiều thành dòng điện một chiều, giúp nạp pin hiệu quả cho thiết bị.
Trong quá trình sạc ổn dòng, dòng điện được duy trì không đổi, thường là C/2-C, với C là dung lượng của ắc quy Dòng điện sạc lớn giúp rút ngắn thời gian sạc ổn dòng, nhưng kéo dài thời gian sạc ổn áp; tổng thời gian sạc cho cả hai giai đoạn thường không quá 3 giờ Tuy nhiên, dòng điện lớn có thể làm tăng nhiệt độ của pin, do đó cần theo dõi nhiệt độ chặt chẽ, vì nhiệt độ quá cao có thể dẫn đến cháy nổ ắc quy Nhiệt độ sạc không nên vượt quá 45°C, trong khi một số pin Li-ion sử dụng công nghệ Lithium-Ferro-Phosphate (LiFePO4) có thể chịu được nhiệt độ lên đến 60°C khi sạc.
Sử dụng bộ sạc nhanh giúp cung cấp dòng ổn định cho ắc quy, cho phép sạc nhanh hơn Điều này có nghĩa là giới hạn nhiệt độ cao hơn sẽ dẫn đến dòng điện sạc lớn hơn, từ đó rút ngắn thời gian sạc.
Hình 1.4 Quy trình sạc pin Li-Ion
Sạc ổn áp là quá trình trong đó điện áp sạc được duy trì ổn định ở mức 4,2V/cell Khi dung lượng pin phục hồi, sức điện động tăng lên, dẫn đến dòng điện giảm dần Quá trình sạc ổn áp kết thúc khi dòng điện giảm xuống dưới 3%C, lúc này dung lượng pin đạt khoảng 99% Trong giai đoạn sạc ổn dòng, điện áp giữa hai cực ắc quy tăng dần cho đến khi đạt sức điện động của pin khi đầy, sau đó bộ sạc chuyển sang chế độ sạc ổn áp Thời gian sạc ổn dòng thường kéo dài tối đa khoảng 1 giờ, tùy thuộc vào dung lượng pin còn lại, và sau khi kết thúc giai đoạn này, dung lượng pin phục hồi khoảng 70%.
Trong nhiều trường hợp, phương pháp "charge-and-run" cho phép sử dụng nhanh chóng (quick-charge) nhưng có thể làm giảm tuổi thọ pin Mặc dù cách này giúp rút ngắn thời gian sạc và đơn giản hóa thiết kế bộ sạc, nhưng để duy trì tuổi thọ pin theo thông số nhà sản xuất, cần thực hiện giai đoạn sạc ổn áp, thường mất nhiều thời gian hơn so với sạc ổn dòng.
Khác với pin nikel hoặc acid-chì, pin Li-ion không cần duy trì áp sạc sau khi đã đầy, và dòng điện sạc giảm xuống dưới 3% là điều không được phép.
Pin lithium-ion không cho phép sạc quá mức, vì việc này có thể dẫn đến việc ắc quy nóng lên và thậm chí gây nổ Các chuyên gia khuyên rằng không nên sạc pin Li-ion vượt quá 100% dung lượng để bảo vệ tuổi thọ của ắc quy Vấn đề này sẽ được giải thích rõ hơn trong phần tiếp theo.
Khi pin được sạc đầy, điện áp hở mạch sẽ giảm dần về mức ổn định khoảng 3,6 – 3,9V mỗi cell sau khi ngừng sạc Ngược lại, nếu chỉ thực hiện sạc nhanh (sạc ổn dòng), điện áp pin sẽ giảm sâu hơn, chỉ còn khoảng 3,3 – 3,5V.
Pin Lithium-ion có hiện tượng tự phóng điện khi không sử dụng, do đó, để sạc đầy pin, ngoài việc áp dụng quy trình ổn dòng và ổn áp, người ta thường kết hợp kỹ thuật sạc xung ngắn.
Khi điện áp của ắc quy đạt 4,2V/cell, quá trình sạc sẽ ngừng lại Sau đó, điện áp pin sẽ giảm dần; khi điện áp giảm xuống còn 4,05V/cell, hệ thống sẽ tiếp tục cung cấp điện áp sạc 4,2V/cell để duy trì quá trình sạc.
Việc đóng cắt liên tục giúp duy trì điện áp pin ổn định trong khoảng 4,05 – 4,2V/cell, từ đó cho phép pin được nạp sâu hơn, ngăn chặn hiện tượng over-charging và kéo dài tuổi thọ của pin.
Vấn đề Over Charging pin Li-Ion
Pin Li-ion nên hoạt động trong vùng điện áp thiết kế dưới 4,2V/cell Khi pin đã đầy mà vẫn tiếp tục sạc, điện áp có thể vượt quá 4,3V, dẫn đến tình trạng over-charging.
Khi điện áp pin vượt quá 4,2V/cell hoặc dưới 2,5V/cell, pin trở nên không ổn định, dẫn đến sự hình thành lớp Lithium Metallic trên cực dương và oxi hóa mạnh ở cực âm Điều này làm giảm tính ổn định và sản sinh khí CO2, gây tăng áp suất bên trong pin Để đảm bảo an toàn, bộ sạc cần ngừng sạc khi áp suất trong cell đạt 200psi.
Nếu bộ sạc không có chức năng theo dõi và bảo vệ áp suất, áp suất pin sẽ liên tục tăng do khí CO2 sinh ra, dẫn đến nhiệt độ pin cũng tăng nhanh chóng Khi áp suất đạt khoảng 500psi và nhiệt độ đạt từ 130 đến 150 độ, lớp màng an toàn giữa các cell sẽ bị thủng, gây ra nguy cơ cháy nổ cho pin.
Vì vậy, trong quá trình sạc, cần tuyệt đối tuân thủ các yêu cầu về nhiệt độ và điện áp trên các cell
Hình 1.5 Quy trình hoạt động của pin
Pin Li-ion không nên xả quá sâu, vì khi điện áp giảm xuống dưới 3,0V/cell, cần cắt pin khỏi mạch Nếu điện áp giảm xuống dưới 2,7V/cell, hệ thống bảo vệ sẽ chuyển pin sang chế độ ngủ, khiến pin không thể sạc lại theo cách thông thường Để sạc lại, cần áp dụng chu trình sạc 4 giai đoạn.
Trong quy trình sạc 4 giai đoạn, ngoài hai giai đoạn sạc ổn dòng và ổn áp tương tự như sạc pin Li-ion thông thường, còn có hai giai đoạn Pre-charge và Activation nhằm khôi phục hoạt động của pin.
Hình 1.6 Cell pin lithium ion Samsung
Trong giai đoạn Pre-charge, pin được cung cấp dòng điện nhỏ (5-15%C) và điện áp pin sẽ được giám sát Nếu sau thời gian xác định, điện áp không tăng hoặc tăng quá chậm, pin sẽ không thể phục hồi Ngược lại, nếu điện áp vượt quá 2,8V, pin vẫn còn tốt và có thể tiếp tục sạc Khi đó, bộ sạc sẽ chuyển sang chế độ Activation để kích hoạt lại hoạt động của pin.
Trong chế độ Activation, dòng điện từ 5-15% được duy trì cho đến khi điện áp pin vượt quá 3V Khi đạt đến mức điện áp này, bộ sạc sẽ chuyển sang chế độ sạc ổn định với dòng và điện áp như bình thường.
Khi các nhà sản xuất bán pin, họ thường sạc sẵn pin đến 40% dung lượng Tuy nhiên, sau một thời gian, dung lượng pin sẽ giảm do hiện tượng tự xả, dẫn đến giảm điện áp Để tránh hiện tượng over-discharge, việc bảo trì định kỳ bằng cách sạc lại pin sau khi không sử dụng trong thời gian dài là rất cần thiết.
Mỗi cell pin Li-ion có điện áp hở mạch khoảng 3,5V Trong các hệ thống xe điện, các cell thường được mắc song song và nối tiếp để đạt điện áp DC-Bus khoảng 200VDC trở lên, nhằm cung cấp điện cho động cơ và các thiết bị điện khác Một vấn đề quan trọng trong hệ thống này là cân bằng cell (cell balancing).
Các nguyên nhân gây ra sự không đồng đều giữa các cell bao gồm sai số trong thông số do nhà sản xuất cung cấp, sự chênh lệch nhiệt độ trong quá trình hoạt động, và ảnh hưởng của tuổi thọ làm thay đổi tính chất của từng cell.
Các cell trong pin có thể có điện áp cao hơn hoặc thấp hơn so với các cell khác, dẫn đến tình trạng không cân bằng giữa chúng.
Trong quá trình sạc pin, các cell có điện áp cao hơn sẽ được nạp đầy trước, trong khi những cell khác vẫn chưa đầy Nếu tiếp tục sạc, các cell này có nguy cơ bị overcharge, dẫn đến tăng nhiệt độ và áp suất, làm giảm tuổi thọ pin và có thể gây hỏng cell Ngược lại, trong quá trình xả, các cell có điện áp thấp hơn sẽ cạn kiệt nhanh chóng Nếu tiếp tục xả sâu, cell đó sẽ bị over-discharge, ảnh hưởng tiêu cực đến tuổi thọ pin Khi một cell hỏng, thường phải thay thế toàn bộ hệ thống pin, vì cell mới có thể không tương thích với các cell còn lại, dẫn đến nguy cơ mất cân bằng.
Khi số lượng cell mắc nối tiếp tăng lên, nguy cơ mất cân bằng và độ tin cậy của hệ thống pin giảm sút Nghiên cứu cho thấy rằng, nếu một hệ thống pin gồm n cell, xác suất mất cân bằng sẽ tăng gấp n lần so với một cell hoạt động độc lập Để giảm thiểu vấn đề này, cần chọn các cell có thông số tương đối đồng đều và ghép nối chúng theo cấu trúc song song nối tiếp, giúp dòng điện chạy giữa các cell cân bằng hơn (self-balancing) Ngoài ra, việc giám sát nhiệt độ trong quá trình sử dụng là rất quan trọng để đảm bảo nhiệt độ phân bố đồng đều trên tất cả các cell.
Để giải quyết vấn đề mất cân bằng trong pin Li-ion của xe điện, hệ thống quản lý pin (BMS) cần giám sát chặt chẽ dung lượng của từng cell (SOC) Khi phát hiện sự mất cân bằng, BMS sẽ thực hiện các biện pháp cần thiết để đưa các cell về trạng thái cân bằng Có hai phương pháp chính để thực hiện việc này: cân bằng chủ động và cân bằng thụ động.
Phương pháp cân bằng chủ động chuyển năng lượng từ các cell có dung lượng cao hơn sang các cell có dung lượng thấp hơn, giúp hệ thống cân bằng áp mà không gây tổn hao năng lượng Tuy nhiên, việc thiết kế nguồn sạc độc lập cho từng cell là không thực tế, và quá trình cân bằng áp chỉ được thực hiện tuần tự cho một hoặc nhóm cell, dẫn đến thời gian sạc đầy cả bộ pin khá lâu.
Sự ảnh hưởng của nhiệt độ đến quá trình sạc pin Lithium ion
Hoạt động nạp xả của pin phụ thuộc lớn vào nhiệt độ, với dải nhiệt độ hoạt động của ắc quy Li-ion từ 0°C – 45°C trong chế độ sạc và 0°C – 60°C trong chế độ xả Các loại pin Lithium mới như LiFePO4 hoặc Li-Polimer có thể mở rộng dải nhiệt độ làm việc Trong dải nhiệt độ này, hiệu suất năng lượng cao và tính chất của pin ổn định Tuy nhiên, khi nhiệt độ vượt quá giới hạn, hoạt động của pin bị ảnh hưởng, làm chậm các phản ứng hóa học bên trong và giảm dòng điện Nghiên cứu cho thấy dải nhiệt độ tối ưu cho pin Li-ion là từ 5°C – 45°C; dưới 5°C, dòng sạc cần giảm, và khi nhiệt độ xuống dưới 0°C, quá trình sạc cần dừng lại ngay.
Ở nhiệt độ cao hơn 45°C, pin hoạt động mạnh mẽ hơn, cho phép phóng và nạp dòng điện lớn hơn dòng danh định Tuy nhiên, cả nhiệt độ quá thấp và quá cao đều làm tăng nội trở của pin, dẫn đến việc cố gắng sạc trong những điều kiện này sẽ giảm tuổi thọ của pin.
Các yêu cầu khi sử dụng pin Li-ion
Để đảm bảo hệ thống đo dòng và áp sạc hoạt động chính xác, hãy tắt tất cả các thiết bị được nuôi bởi ắc quy cần sạc Điều này giúp phản ánh đúng các thông số trong quá trình sạc.
Không nên sạc khi nhiệt độ môi trường quá thấp hoặc quá cao
Dừng sạc ngay khi bộ nhiệt độ pin tăng cao bất thường
Dừng sạc khi dung lượng pin đạt khoảng 90 – 99% để bảo vệ pin tốt hơn so với việc sạc đến 100% hoặc hơn Hầu hết các bộ sạc hiện đại có đèn báo dung lượng và tự động ngắt khi pin đạt mức 90 – 99% Nếu bộ sạc không có tính năng này, người dùng nên theo dõi để ngắt sạc kịp thời, giúp tăng tuổi thọ cho pin.
Trước khi lưu trữ pin không sử dụng trong thời gian dài, hãy sạc pin đến khoảng 40-50% dung lượng Điều này giúp tránh hiện tượng over-discharge do pin bị self-discharge.
It is not advisable to charge a battery with a voltage below 2.7V per cell (which has been over-discharged) using standard chargers that only offer constant current and constant voltage modes Instead, specialized chargers that support all four modes—Pre-charge, Activation, Constant Current, and Constant Voltage—should be used for safe and effective charging.
Mục đích nghiên cứu
Tất cả chúng ta đều đã gặp phải những tình huống khó khăn khi cần một điện áp cao hơn mức mà nguồn điện có thể cung cấp.
Ví dụ: Chúng ta cần 12V nhưng chúng ta chỉ có pin 9V Hoặc có thể chúng ta có nguồn 3,3V nhưng MCU của chúng ta hoạt động ở điện áp 5V
Như vậy 1 câu hỏi đặt ra là liệu chúng ta có thể chuyển điện áp 1 chiều này sang điện áp 1 chiều khác không?
Bằng cách sử dụng các linh kiện thụ động như cuộn cảm, tụ điện, diode và transistor, chúng ta có khả năng điều chỉnh giá trị điện áp đầu ra theo ý muốn từ một giá trị đầu vào cố định.
Yêu cầu về mặt thiết kế
Thiết kế mạch sạc pin điện thoại theo nguyên lý DC – DC Boost converter với các yêu cầu kỹ thuật như sau:
- Có bảo vệ điện áp đầu vào
Cấu tạo mạch Boost
Mạch boost, hay còn gọi là mạch boost áp hoặc boost converter, là một trong những bộ chuyển đổi công tắc đơn giản nhất Như tên gọi, mạch này có chức năng nhận điện áp đầu vào và tăng cao điện áp đó.
Mạch này bao gồm một cuộn cảm, một công tắc bán dẫn (MOSFET), một diode và một tụ điện, cùng với nguồn sóng vuông tuần hoàn Nó có thể được thiết kế đơn giản bằng bộ định thời 555 hoặc sử dụng vi mạch SMPS chuyên dụng như MC34063A.
Hình 1.7 Sơ đồ nguyên lý mạch Boost
Như ta có thể thấy, chỉ có một số bộ phận cần thiết để tạo ra một mạch boost
Nó ít cồng kềnh hơn biến áp xoay chiều hoặc cuộn cảm
Mạch boost áp được phát triển vào những năm 1960 để cung cấp năng lượng cho các hệ thống điện tử trên máy bay, với yêu cầu thiết kế nhỏ gọn và hiệu quả Ưu điểm nổi bật của mạch boost áp là hiệu suất cao, với một số mạch đạt tới 99%, nghĩa là 99% năng lượng đầu vào được chuyển hóa thành năng lượng đầu ra hữu ích, chỉ 1% bị lãng phí.
Nguyên lý mạch Boost
Hình 1.8 Giai đoạn 1 Ở đây, không có gì xảy ra Tụ điện đầu ra được sạc đến điện áp đầu vào trừ đi một lần sụt giảm diode
Bây giờ là thời điểm để kích hoạt công tắc, tăng cường nguồn tín hiệu và bật MOSFET Toàn bộ dòng điện sẽ được dẫn qua MOSFET thông qua cuộn cảm Cần lưu ý rằng tụ điện đầu ra vẫn đang được sạc, vì nó không thể phóng điện qua diode phân cực ngược.
Khi nguồn điện không bị đoản mạch ngay lập tức, cuộn cảm khiến dòng điện tăng lên từ từ Đồng thời, một từ trường được hình thành xung quanh cuộn cảm, vì vậy cần chú ý đến cực của điện áp đặt trên cuộn cảm.
MOSFET bị tắt và dòng điện đến cuộn cảm bị dừng đột ngột
Cuộn cảm có bản chất duy trì dòng điện ổn định và không ưa thích sự thay đổi đột ngột của nó Do đó, cuộn cảm cũng không thích sự ngắt đột ngột của dòng điện.
Nó tạo ra một điện áp lớn với cực ngược lại so với điện áp ban đầu bằng cách sử dụng năng lượng lưu trữ trong từ trường để duy trì dòng điện.
Khi chỉ chú ý đến các ký hiệu phân cực mà quên phần còn lại của các phần tử mạch, cuộn cảm hoạt động như một nguồn điện áp nối tiếp với điện áp cung cấp Điều này dẫn đến việc cực dương của diode có điện áp cao hơn cực âm, cho thấy diode đang được phân cực thuận, trong khi tụ điện đã được sạc để cung cấp điện áp.
Tụ điện đầu ra đã được nạp điện đến mức điện áp cao hơn so với trước đây, chứng tỏ rằng chúng ta đã thành công trong việc nâng cao điện áp DC từ mức thấp lên cao hơn.
Sơ đồ khối thiết kế
Hình 1.11 Sơ đồ khối thiết kế
TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ THI CÔNG MẠCH
Tính toán và lựa chọn phần tử
Tính toán cho mạch boost converter sử dụng ic boost tích hợp mosfet hoạt động ở chế độ liên tục
Thông số yêu cầu
Hình 2.2 Các linh kiện được lựa chọn
(8) Điện áp ngược chịu đựng = 5 * 2 = 10V ( Chọn hệ số dự trữ = 2)
Chọn diode Schottky 1N5824 10A, 40V Tốc độ đóng cắt nhanh của Diode 1N5824 giúp cho mạch điện hoạt động tốt tại băng tần 200kHz~2MHz
2.2.5 Chọn IC SX1308 với các thông số sau:
- Tích hợp Mosfet công suất 80mΩ
- Tần số chuyển đổi : 1,2MHz
- Điều chỉnh điện áp đầu ra : max 28V
2.2.6 Tính điện trở cho cầu phân áp tạo điện áp hồi tiếp:
Mô phỏng công suất
Hình 2.4 Mô phỏng công suất bằng phần mềm PSIM
Kết quả mô phỏng
Hình 2.5 Kết quả mô phỏng psim
Hình 2.6 Sự khảo sát thay đổi đầu ra khi thay đổi đầu vào
Nhận xét
Từ quá trình mô phỏng ta nhận thấy các thông số của mạch thu được gần sát với giá trị tính toán lý tưởng
Có thể thiết kế mạch in để thực nghiệm
Thiết kế PCB
Hình 2.10.Hình 3D mạch in trong Altium
ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ
Mạch in boost converter
Hình3.1 Mạch in boost converter
3.1.1 Cấp nguồn đầu vào cho bảng mạch
Sử dụng pin UltraFire 18650 2000mAH 3,7V
- Điện Áp: DC 3.7V (khi đầy pin có thể lên đến 4.2V)
- Khuyến cáo không sử dụng pin < 2.5V, khi đó pin sẽ bị chết và không sử dụng lại được
- Pin có thể sử dụng được nhiều lần
Sử dụng mạch sạc và bảo vệ pin 1S 3,7V 4A
- Dùng để sạc và bảo vệ cho Pin Lithium (18650, 26650, )
Hình 3.2 Mạch bảo vệ pin
Hình 3.3 Kết quả đo đầu vào
Hình 3.4 Kết quả đo đầu ra
Đánh giá kết quả thực nghiệm
Mạch đã đáp ứng đầy đủ các yêu cầu đề ra, với đầu ra ổn định và sai số chỉ khoảng 1,6%, hoàn toàn chấp nhận được theo tiêu chuẩn thiết kế.
Sản phẩm trên là tiền đề cho việc nghiên cứu và phát triển tạo ra các mạch Boost với các ứng dụng lớn hơn trong thực tiễn.
Hướng phát triển
Bảo dưỡng ắc quy bằng cách làm mạch desunfat giúp cung cấp nguồn cho các thiết bị yêu cầu điện áp cao, từ vài chục Vôn, trong khi nguồn cấp chỉ có điện áp thấp khoảng 1.5V hoặc 3.7V Việc nâng áp trong các mạch nguồn xung, như TV và LED, là rất cần thiết để đảm bảo hiệu suất hoạt động tối ưu.
Sự ra đời của pin Lithium-ion đã cách mạng hóa lưu trữ năng lượng, thúc đẩy sự phát triển công nghệ trong điện thoại di động, xe điện và thiết bị số Điều này mở ra cơ hội cho một xã hội không phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch, góp phần giảm thiểu tác động của biến đổi khí hậu toàn cầu.
Lithium là một kim loại có tính phản ứng mạnh, dễ cháy trong điều kiện khí quyển bình thường do sự hiện diện của nước và oxy Vì lý do này, nghiên cứu đã chuyển hướng sang phát triển pin không sử dụng kim loại Lithium, mà thay vào đó là các hợp chất hóa học của Lithium có khả năng nhận và giải phóng ion Lithium.
Pin Lithium-ion được ưa chuộng nhờ vào mật độ năng lượng cao, cho phép một thỏi pin nhỏ chứa nhiều năng lượng Thời gian sạc nhanh và khả năng chịu đựng lên đến 10.000 chu kỳ sạc xả của pin cũng là những ưu điểm nổi bật Khi được sạc hoặc sử dụng, các ion trong pin di chuyển giữa các điện cực mà không phản ứng với môi trường, giúp tăng tuổi thọ và dung lượng Điều này đã dẫn đến việc thương mại hóa pin Lithium-ion một cách rộng rãi trên thị trường.