Baterai adalah sel elektrokimia (juga dikenal sebagai sel Galvanis) yang merubah energi kimia menjadi energi listrik, yang terdiri atas anoda dan katoda yang dipisahkan oleh elektrolit. Elektrolit adalah penghantar ion yang berfungsi juga sebagai media pengisolasi elektron. Elektron dihasilkan pada anoda dan mengalir kearah katoda melalui sirkuit luar sementara, pada saat yang sama, elektronetralitas dijamin oleh perpindahan ion melewati elektrolit.
Banyak tipe baterai yang telah dikembangkan dan digunakan secara luas, salah satunya adalah baterai ion lithium. Baterai ion lithium, pertama kali dipasarkan oleh Sony pada awal 1990an, adalah tipe paling umum sel sekunder (dapat diisi ulang) dan dijumpai dalam hampir semua alat elektronik portabel. Baterai jenis ini diharapkan mampu menyelesaikan permasalahan global yang lebih besar terkait dengan kebutuhan energi yang terus meningkat dan adanya tuntutan energi bersih.
Elektrokimia berbasis lithium menawarkan beberapa ciri yang menonjol. Salah satunya adalah lithium merupakan unsur logam paling ringan dan memiliki potensial redoks sangat rendah [E(Li+/Li) = -3,04 V vs SHE), yang memungkinkan sel memiliki tegangan tinggi dan densitas energi besar. Selain itu, ion Li+ memiliki jari-jari ion kecil yang menguntungkan untuk difusi dalam padatan. Dipasangkan dengan umur siklusnya yang lama dan kemampuan kecepatan, sifat ini telah memungkinkan teknologi ion lithium menangkap pasar elektronik portabel.
Dengan ciri diatas, baterai ion lithium merupakan baterai yang ringan dan kompak, beroperasi dengan tegangan sel -4 V dengan energi spesifik dalam kisaran 100-180 Wh/kg. Pada tipe baterai ini anoda dan katoda adalah bahan dimana, dan dari mana, ion lithium bermigrasi melalui elektrolit, kemudian disisipkan (proses interkalasi) dan diekstraksi (proses deinterkalasi) kedalam elektroda (Gambar 1). Anoda yang umum digunakan adalah grafit, mis.: mesocarbon microbeads, dengan katoda oksida logam lithium, mis.: LiCoO2. Elektrolit yang umum digunakan adalah garam lithium, mis.: lithium hexafluorophosphate, dalam pelarut organik, mis.: ethylene carbonate-dimethyl carbonate yang dipisahkan oleh membran.
Jadi, ketika baterai ion lithium dipakai, Li diekstraksi dari anoda (kutub −) dan disisipkan kedalam katoda (kutub +). Proses sebaliknya terjadi ketika baterai diisi mengikuti reaksi berikut:
yC + LiMO2 <—> LixCy + Li(1-x)MO2 dimana x = 0,5
y = 6, Vsel = 3,7 V
Untuk kasus LiCoO2:
LiCoO2 –> Li1-xCoO2 + xLi+ + xe-
xLi+ + xe- + 6C –> LixC6
Reaksi overall adalah:
xLi+ + xe- + LiCoO2 –> Li2O + CoO
Selama pengisian ulang ion Li+ dipisahkan dan oksidasi Co3+ menjadi Co4+ terjadi. Pasangan Co3+/Co4+ memasok tegangan sel kira-kira 4,0 V vs logam Li.