Vor- und Nachteile von Lithium-Ionen-Batterien
Lithium-Ionen-Batterien, auch bekannt als Li-Ion-Batterien, sind Sekundärbatterien (aufladbar), in denen Lithiumionen während der Entladung von der Anode durch einen Elektrolyten zur Kathode und beim Laden zurückwandern. Die Kathode besteht aus einem Verbundmaterial (einem interkalierten Lithium-Compound) und bestimmt den Namen der Li-Ion-Zelle. Die Anode wird in der Regel aus porösem lithiiertem Graphit hergestellt. Der Elektrolyt kann flüssig, polymer oder fest sein. Der Separator ist porös, um den Transport von Lithiumionen zu ermöglichen und Kurzschlüsse sowie thermisches Durchgehen zu verhindern. Die Chemie, Leistung, Kosten und Sicherheitsmerkmale variieren je nach Typ der Lithium-Ionen-Batterien.
Handelsübliche Elektronikgeräte verwenden meist Lithium-Polymer-Batterien (mit einem Polymergel als Elektrolyt), einem Lithium-Kobaltoxid (LiCoO2) Kathodenmaterial und einer Graphitanode, die eine hohe Energiedichte bieten. Lithium-Ionen-Batterien haben generell eine hohe Energiedichte, keinen Memory-Effekt und eine geringe Selbstentladung. Eine der gängigsten Zelltypen ist die 18650-Batterie, die in vielen Laptop-Akkus, kabellosen Elektrowerkzeugen, bestimmten Elektroautos, elektrischen Tretrollern, den meisten E-Bikes, tragbaren Powerbanks und LED-Taschenlampen verwendet wird. Die Nennspannung beträgt 3,7 V. Es ist zu beachten, dass nicht wiederaufladbare primäre Lithiumbatterien (wie Lithium-Knopfzellen CR2032 3V) von sekundären Lithium-Ionen- oder Lithium-Polymer-Batterien unterschieden werden müssen, die wiederaufladbar sind.
Vorteile von Lithium-Ionen-Batterien
Der Hauptvorteil von aufladbaren Zellen besteht darin, dass sie nach der Entladung wieder aufgeladen werden können. Daher sind wiederaufladbare Batterien umweltfreundlicher als Primärbatterien. Sie können nicht nur wiederholt verwendet werden, sondern erzeugen auch langfristig weniger Abfall. Dies gilt insbesondere für energieintensive Geräte, die Batterien mit erhöhter Rate verbrauchen. Ein weiterer wichtiger Vorteil ist die hohe C-Rate. Wiederaufladbare Zellen haben bessere Leistungsausgabefähigkeiten im Vergleich zu Primärzellen und werden für Hochleistungsanwendungen verwendet.
Zu den spezifischen Vorteilen von Lithium-Ionen-Batterien gehören:
- Zellenspannung: Lithium-Ionen-Batterien haben eine hohe Betriebsspannung von 3-5 Volt, abhängig von der spezifischen Chemie. Dies ermöglicht einen gleichwertigen Leistungsbetrieb bei geringerem Stromverbrauch, und die Batterie hält länger bei einer einzigen Ladung.
- Hohe Energiedichte: Lithium-Ionen-Batterien haben eine hohe Energiedichte, sind daher leicht und kompakt. Die nutzbare Ladekapazität von NCA beträgt etwa 180 bis 200 mAh/g. Die Kapazität von NCA ist deutlich höher als die von alternativen Materialien wie LiCoO2 mit 148 mAh/g, LiFePO4 mit 165 mAh/g und NMC 333 (LiNi0,33Mn0,33Co0,33O2) mit 170 mAh/g.
- Kein Memory-Effekt: Im Gegensatz zu NiCd- und älteren NiMH-Batterien zeigen Li-Ion-Batterien keinen Memory-Effekt und haben eine lange Lebensdauer – bis zu 5 Jahre.
- Niedrige Selbstentladung: Li-Ion-Akkus haben eine
