Zylindrische vs. Prismatische vs. Beutelzellen: Lithium-Ionen-Akkus
Lithium-Ionen-Akkus, auch bekannt als Li-Ion-Akkus, sind eine Art von Sekundärbatterien (wiederaufladbar), die aus Zellen bestehen, in denen Lithium-Ionen während der Entladung vom Anoden- durch einen Elektrolyten zum Kathodenpol und beim Laden zurückwandern. Die Kathode besteht aus einem Verbundmaterial (einem interkalierten Lithiumverbindung) und definiert den Namen der Li-Ion-Akkuzelle. 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 Lithium-Ionen zu ermöglichen und Kurzschlüsse sowie thermische Durchgänge zu verhindern.
Chemie, Leistung, Kosten und Sicherheitsmerkmale
Die Chemie, Leistung, Kosten und Sicherheitsmerkmale von Lithium-Ionen-Akkus variieren je nach Typ. Handheld-Elektronik verwendet meist Lithium-Polymer-Akkus (mit einem Polymergel als Elektrolyt), einer Lithium-Kobaltoxid (LiCoO2) Kathodenmaterial und einer Graphitanode, die eine hohe Energiedichte bieten. Li-Ion-Akkus haben generell eine hohe Energiedichte, keinen Memory-Effekt und eine geringe Selbstentladung.
Gängige Zellentypen
Einer der gängigsten Zellentypen ist der 18650-Akku, der in vielen Laptop-Akkus, kabellosen Elektrowerkzeugen, bestimmten Elektroautos, Elektro-Tretrollern, den meisten E-Bikes, tragbaren Powerbanks und LED-Taschenlampen verwendet wird. Die Nennspannung beträgt 3,7 V.
Zylindrische Zellen
Li-Ion-Zellen (als Einzelzellen von gesamten Batterien unterschieden) sind in verschiedenen Formen erhältlich, die allgemein in drei Gruppen eingeteilt werden können: Zylindrische Zellen mit festen Körpern ohne Anschlüsse, wie sie in älteren Laptop-Akkus verwendet werden. Zellen mit zylindrischer Form werden in einer charakteristischen „Jelly-Roll“-Manier hergestellt, was bedeutet, dass es sich um ein einzelnes langes „Sandwich“ der positiven Elektrode, des Separators, der negativen Elektrode und des Separators handelt, das zu einer einzelnen Spule gerollt wird. Ein Vorteil zylindrischer Zellen im Vergleich zu Zellen mit gestapelten Elektroden ist die schnellere Produktionsgeschwindigkeit. Ein Nachteil zylindrischer Zellen kann ein großer radialer Temperaturgradient sein, der sich in den Zellen bei hohen Entladeströmen entwickelt.
Flache oder Beutelzellen
Flache oder Beutelzellen mit einem weichen, flachen Körper, wie sie in Mobiltelefonen und neueren Laptops verwendet werden; sind Lithium-Ionen-Polymer-Akkus. Beutelzellen haben keine starre Hülle und verwenden einen versiegelten flexiblen Folienbehälter als Zellencontainer. Dies ist ein eher minimalistischer Ansatz für die Verpackung; er reduziert das Gewicht und führt zu flexiblen Zellen, die leicht in den verfügbaren Raum eines gegebenen Produkts passen können. Bei Beutel-Akkus führt das Fehlen eines Gehäuses dazu, dass Beutelzellen die höchste gravimetrische Energiedichte aufweisen. Diese Akkus werden zunehmend bei Smartphone-Herstellern beliebt. Ihr weiches, leichtes Design bietet auch mehr Sicherheitsmaßnahmen als harte Metallgehäuse. Wenn ein kritisches Problem mit einer Beutelzelle auftritt – oft aufgrund von internem Druck, Überhitzung oder Kürzung der Batterien – wird das Pack merklich mit Gas expandieren.
Prismatische Zellen
Prismatische Zellen mit starrem Kunststoffgehäuse. Lithium-Ionen (Li-Ion) Akku-Prismazellen sind dünner und leichter als zylindrische Zellen. Diese Zellen, die in rechteckigen Aluminium- oder Stahlgehäusen kommen, haben eine recht lange Lebensdauer, sind aber nicht so einfach kühl zu halten im Vergleich zu ihren zylindrischen Gegenstücken.
