锂离子电池是现代科技的重要基石之一。它不仅使便携式电子产品成为可能，还为电动汽车的普及提供了动力，并在电网规模的储能中发挥着越来越重要的作用。然而，实现这一目标的道路漫长而曲折，锂离子电池经历了数十年的研究，才得以开发出实用的产品。
锂离子电池的起源可以追溯到20世纪60年代，当时福特科学实验室的研究人员正在为潜在的电动汽车开发硫化钛电池。1970年代，斯坦福大学的研究员M. Stanley Whittingham制造了自己的电池，发现离子在固体电解质中快速移动，并在氧化钛电极中快速进出。1972年，Whittingham加入埃克森美孚研究部，开发出带有二硫化钛阴极和锂阳极的电池。
Whittingham的电池使用金属锂作为阳极，在液体电解质中使用锂盐来促进离子传输。当电池放电时，带正电的锂离子会通过非导电隔膜从金属锂阳极迁移，并嵌入阴极的二硫化钛层之间。由于锂离子带正电，电子也需要从阳极流向阴极以平衡电荷。
锂离子电池的发明和发展只是故事的一半。与太阳能光伏电池类似，锂离子电池是一种新颖的能源技术，其单位能量成本非常昂贵。其高能量密度使其在许多应用中有用，如便携式电子产品，但其全部潜力只有在其成本大幅下降后才能释放出来。锂离子电池在学习曲线上的进展包括几种不同类型的改进。一个主要的改进是电池化学的持续改进。Sony的第一款锂离子电池使用了由焦炭制成的软碳阳极和锂钴氧化物阴极，但它很快用硬碳取代了软碳，硬碳可以在层之间储存更多的锂离子。
硬碳将电池的能量密度提高了约50%。硬碳随后被石墨取代，石墨允许能量密度再增加25%。切换到石墨需要找到一种不会与石墨产生不良“副反应”的新电解质。最终，Moli Energy偶然发现了乙烯碳酸酯，它与石墨反应形成了一个被动的固体电解质界面（SEI）层，覆盖在阳极上。SEI层阻挡了电子的流动，保护阳极免受电解质的进一步反应，同时允许离子通过它。石墨仍然是今天锂离子电池的主要阳极材料，但制造商逐渐开始在其中添加少量硅以进一步提高其性能。
阴极材料也有类似的改进。钴的高成本促使人们寻找由更便宜材料制成的替代阴极，1997年，John Goodenough在Michel Armand的协助下发现了另一种由磷酸铁制成的电池阴极，Armand建议对材料进行碳涂层，使其更具导电性。虽然磷酸铁锂（LFP）的能量密度不如钴阴极，但其材料铁和磷便宜得多。LFP电池也被证明非常稳定，使其火灾风险较低，并且可以持续大量的充放电循环。这些优点使LFP电池成为电动汽车的一个越来越有吸引力的选择，尽管其能量密度较低。
锂离子电池的进步不仅限于化学成分的改进。制造工艺的改进也起到了重要作用。供应链变得更加稳健，生产设备的速度和产量大幅提高。电极涂布机的速度增加了近10倍，减少了每单位产出的资本需求约90%。制造商还寻找方法，不仅减少电池本身的材料，还减少生产过程中的材料。传统上，制造电极需要将阳极或阴极材料与溶剂混合形成浆料，将浆料涂布在箔片上，然后在大型干燥机中蒸发溶剂。但Tesla一直在尝试掌握一种“干”工艺，可以在不需要溶剂的情况下铺设电极材料，这（据称）可以将电极制造成本降低50%。
这些制造改进使电池工厂能够大幅增加生产量，并利用规模经济。工厂级生产量从每年几十分之一千兆瓦时增加到今天的几十千兆瓦时。现代电池工厂由于涉及的规模而非常昂贵：这家计划中的弗吉尼亚电池工厂将花费14亿美元，仅生产电池隔膜。这种规模创造了一个良性循环：电池市场越大，找到技术改进的机会和回报就越大，从而降低成本并进一步推动市场规模的增长。
锂离子电池的演变展示了为什么不受限制的研究和新颖的技术开发如此有价值，以及为什么在实践中公司可能对资助它们不太热情。Whittingham在研究快速离子传输时偶然发现了基于插层的电池，这是一种完全不同的现象。而他发明的第一个锂离子电池阴极是他在研究超导体期间偶然发现的。Thackeray在牛津发现了锰氧化物阴极，他之所以在那里，是因为他的雇主南非科学与工业研究委员会（CSIR）支付了一年的学术假期，让他可以追求他认为有前途的电池想法（CSIR正在开发一种完全不同的基于沸石的电池）。
