Die 8 Arten von Lithiumbatterien erklärt – welche ist die richtige für Sie?

Einführung

Lithiumbatterien sind in der modernen Gesellschaft allgegenwärtig und versorgen alles von der Unterhaltungselektronik bis hin zu Elektrofahrzeugen. Die Lithiumbatterie wurde erstmals 1991 von Sony auf den Markt gebracht und bot eine leichte, wiederaufladbare Batteriealternative zu früheren Technologien wie Nickel-Cadmium. In den drei Jahrzehnten seitdem hat die kontinuierliche Forschung zu erheblichen Verbesserungen bei Energiedichte, Sicherheit, Lebensdauer und Laderaten geführt.

Lithiumbatterien basieren auf dem Fluss von Lithiumionen zwischen einer positiven Elektrode (Kathode) und einer negativen Elektrode (Anode). Beim Entladen fließen die Lithiumionen durch eine Elektrolytlösung von der Anode zur Kathode. Dadurch wird ein elektrischer Strom erzeugt, der das Gerät mit Strom versorgt. Beim Laden wird eine externe Spannung angelegt, um den Fluss der Lithiumionen zurück zur Anode umzukehren.

Im Laufe der Jahre haben sich unterschiedliche Lithiumbatteriechemien herausgebildet, jede mit ihren eigenen Vorteilen und Kompromissen. Frühe Lithium-Ionen-Batterien verwendeten Lithium-Kobaltoxid-Kathoden, während modernere Varianten Nickel-, Mangan- und Aluminium-Kathoden verwenden. Neue Chemikalien wie Lithiumeisenphosphat erhöhen die Stabilität und Sicherheit zusätzlich. Festkörper-Lithiumbatterien mit Festkörperelektrolyten anstelle von Flüssigkeiten sind ebenfalls ein Bereich aktiver Forschung.

Die hohe Energiedichte und das geringe Gewicht von Lithiumbatterien machen sie ideal für die Stromversorgung von Verbrauchergeräten und Fahrzeugen. Kontinuierliche Verbesserungen der Lithiumbatterietechnologie werden in den kommenden Jahren eine Schlüsselrolle dabei spielen, eine umfassendere Elektrifizierung des Transportwesens und die Einführung erneuerbarer Energien zu ermöglichen.

BSLBATT ist ein Profi Hersteller von Lithium-Ionen-Batterien Unsere Produkte verfügen über mehr als 20 Jahre Erfahrung in Forschung und Entwicklung sowie OEM-Service und sind nach den Standards ISO/CE/UL/UN38.3/ROHS/IEC zertifiziert. Das Unternehmen hat es sich zur Aufgabe gemacht, die fortschrittliche Serie „BSLBATT“ (Best Solution Lithium Battery) zu entwickeln und zu produzieren. BSLBATT Lithium-Produkte versorgen eine Reihe von Anwendungen, darunter: Solarbetriebene Lösungen , Mikronetz, Energiespeicher für Haushalte , Golfwagen , Marine , Wohnmobil , Industriebatterie , und mehr. Das Unternehmen bietet ein umfassendes Spektrum an Dienstleistungen und hochwertigen Produkten, die weiterhin den Weg in eine umweltfreundlichere und effizientere Zukunft der Energiespeicherung ebnen. Verschiedene Arten von Lifepo4-Batterien zur Auswahl!

Primäre Lithiumbatterien – Lithiumbatterietypen

Primäre Lithiumbatterien sind nicht wiederaufladbare Einwegbatterien, die metallisches Lithium enthalten. Sie haben eine höhere Energiedichte als die meisten anderen Primärbatterietypen und bieten so mehr Energiespeicher pro Gewicht.

Einige Hauptmerkmale von primären Lithiumbatterien:

• Als Anodenmaterial wird reines Lithiummetall verwendet. Dies sorgt für eine sehr hohe Energiedichte, kann aber bei unsachgemäßer Eindämmung auch zu Sicherheitsproblemen führen.

• Nicht wiederaufladbar. Primäre Lithiumbatterien sind für den einmaligen Gebrauch konzipiert. Der Versuch, sie wieder aufzuladen, könnte zu Überhitzung und potenzieller Explosionsgefahr führen.      

• Schnellere Selbstentladung als bei anderen Primärbatterietypen. Sie verlieren nach und nach an Leistung, auch wenn sie nicht verwendet werden. Die Nutzungsdauer beträgt typischerweise 5–10 Jahre.      

• Teurer als Alkali- und Kohlenstoff-Zink-Einwegbatterien. Aufgrund ihrer hohen Energiedichte eignen sie sich am besten für Geräte mit langen Anforderungen an die Batterielebensdauer.

• Erfordern Schutzschaltungen, um einen Betrieb außerhalb sicherer Spannungs- und Temperaturbereiche zu verhindern. Ungeschützte Lithiumbatterien können unsicher sein.

• Wird häufig in Uhren, Taschenrechnern, ferngesteuerten Autoschlössern und anderen Geräten verwendet, die kompakte, langlebige Batterien erfordern. Wird auch in speziellen Hochleistungsgeräten verwendet.

Primäre Lithiumbatterien bieten Leistungsvorteile gegenüber herkömmlichen Einwegbatterien, erfordern jedoch zusätzliche Sicherheitsaspekte. Sie eignen sich am besten für Geräte mit geringem Stromverbrauch und langen Lebensdaueranforderungen, bei denen die Vorteile des geringen Gewichts und der hohen Energiedichte die höheren Kosten rechtfertigen.

Sekundäre Lithium-Ionen-Batterien – Lithium-Batterietypen

Sekundäre Lithium-Ionen-Batterien sind wiederaufladbar und der heute am häufigsten verwendete Typ von Lithiumbatterien. Sie haben eine hohe Energiedichte, keinen Memory-Effekt und verlieren bei Nichtgebrauch nur 5 % ihrer Ladung pro Monat. Dadurch eignen sie sich gut für Unterhaltungselektronik wie Laptops, Telefone und Tablets, die häufig aufgeladen werden müssen.

Die Kathode besteht aus Lithiummetalloxid wie Lithiumkobaltoxid und die Anode besteht aus Graphit oder Titanoxid. Beim Entladen fließen die Lithiumionen von der Anode durch den Elektrolyten und den Separator zur Kathode. Beim Laden fließen die Ionen zurück, um sich wieder in die Anode einzufügen.

Lithium-Ionen-Batterien haben eine hohe Energiedichte, können jedoch mit der Zeit durch hohe Temperaturen oder Überladung an Leistung verlieren. Sie haben auch Sicherheitsbedenken, wenn sie beschädigt oder defekt sind. Bei richtiger Verwendung bieten sie jedoch eine effiziente wiederaufladbare Stromquelle für tragbare Elektronikgeräte. Die weitere Forschung zielt darauf ab, die Energiedichte weiter zu erhöhen und die Sicherheit und Langlebigkeit zu verbessern.

Lithium-Polymer-Batterien – Lithium-Batterietypen

Lithium-Polymer-Batterien , manchmal auch als LiPo abgekürzt, verwenden ein flexibles Beuteldesign, das es ermöglicht, den Elektrolyten in einem festen Polymerverbundwerkstoff aufzuhängen. Dies verleiht Lithium-Polymer-Batterien im Vergleich zu starren zylindrischen oder prismatischen Zellen einen leichteren, dünneren und formbareren Formfaktor.

Der Polymerelektrolyt macht die Batterien sicherer, indem er das Risiko eines Elektrolytlecks verringert. Außerdem können Hersteller die Zellen in verschiedenen Größen formen, damit sie besser in das Gehäuse eines Geräts passen. Lithium-Polymer-Zellen können sehr dünn hergestellt werden, nur wenige Millimeter dick. Aufgrund ihrer kompakten Größe eignen sie sich gut für kleine Unterhaltungselektronikgeräte wie Smartphones und Tablets.

Die flexiblen Gehäuse und der Elektrolyt bieten im Vergleich zu starren Zellen eine zusätzliche Stoß- und Vibrationsfestigkeit. Allerdings ist das Polymermaterial immer noch anfällig für Durchstiche. Es muss darauf geachtet werden, dass Lithium-Polymer-Zellen nicht beschädigt werden, um interne Kurzschlüsse zu vermeiden.

Lithium-Polymer-Batterien haben im Allgemeinen einen geringeren Innenwiderstand als gleichwertige Lithium-Ionen-Batterien. Dies führt zu einer besseren Entladeleistung und der Möglichkeit, hohe Stromimpulse bereitzustellen. Die Chemie hat außerdem eine flachere Entladekurve als Lithium-Ionen-Akkus und sorgt so für eine höhere durchschnittliche Spannung über einen größeren Teil der Kapazität.

Insgesamt bietet das Beuteldesign von Lithium-Polymer-Batterien im Vergleich zu herkömmlichen Batterieformfaktoren Vorteile in Bezug auf Gewicht, Größe und Formflexibilität. Dies macht sie zu einer beliebten Wahl für tragbare Verbrauchergeräte, Drohnen, ferngesteuerte Modelle und andere Anwendungen, bei denen kleine, leichte Batterien erforderlich sind.

Lithium-Eisenphosphat-Batterien LiFePo4-Lithium-Batterietypen

BSLBATT Lithium-Produkte versorgen eine Reihe von Anwendungen, darunter: Solarbetriebene Lösungen , Mikronetz, Energiespeicher für Haushalte , Golfwagen , Marine , Wohnmobil , Industriebatterie .

Lithiumeisenphosphat (LiFePO4)-Batterien verwenden eine Kathode aus Lithiumeisenphosphatmaterial. Dies sorgt im Vergleich zu anderen Lithium-Ionen-Batterien für eine sicherere und stabilere Chemie.

Der entscheidende Vorteil von Lithium-Eisenphosphat-Batterien ist ihre lange Zyklenlebensdauer. Sie können Hunderten bis Tausenden Lade-/Entladezyklen standhalten. Dadurch eignen sie sich gut für Anwendungen, die eine lange Lebensdauer erfordern, wie z. B. die Speicherung erneuerbarer Energien und Elektrofahrzeuge.

BSLBATTs LFP Die Batterie wurde durch das BMS-Batteriemanagementsystem unabhängig entwickelt, wodurch die Lebensdauer der Batterie erhöht werden kann 4.000 + Zeiten und der Energiespeicher Batterie zu 6.000-10.000 + mal.

LiFePO4-Batterien haben eine geringere Energiedichte als andere Lithium-Ionen-Batterien, bieten aber aufgrund ihrer stabilen Chemie eine sehr gute Sicherheit. Bei Beschädigung oder Überladung sind sie von Natur aus nicht brennbar. Es besteht keine Gefahr eines thermischen Durchgehens.

Insgesamt bieten Lithium-Eisenphosphat-Batterien ein hervorragendes Gleichgewicht zwischen Sicherheit, langer Lebensdauer und guter Leistung. Aufgrund ihrer relativ sicheren und stabilen Chemie sind sie trotz ihrer im Vergleich zu anderen Lithium-Ionen-Batterien etwas geringeren Energiedichte eine beliebte Wahl für viele Anwendungen. Die lange Lebensdauer ist besonders wichtig für Anwendungen wie Elektrofahrzeuge.

Lithium-Titanat-Batterien – Lithium-Batterietypen

Lithiumtitanat-Batterien stellen einen Fortschritt gegenüber herkömmlichen Lithium-Ionen-Batterien dar. An der Anode wird Lithiumtitanat anstelle von Graphit verwendet. Dies bietet Lithiumtitanat-Batterien einige entscheidende Vorteile:

Schnelles Laden – Lithiumtitanat ermöglicht deutlich schnellere Ladezeiten im Vergleich zu herkömmlichen Lithium-Ionen-Akkus. Einige Lithiumtitanat-Akkus können innerhalb von 10 Minuten auf über 80 % ihrer Kapazität aufgeladen werden. Dadurch eignen sie sich gut für Anwendungen, die ein schnelles Aufladen erfordern, wie z. B. Elektrofahrzeuge.

Lange Lebensdauer – Die Lithiumtitanat-Anode ist sehr stabil. Dadurch können die Batterien Tausende von Lade-/Entladezyklen bewältigen. Lithiumtitanat-Batterien können im Allgemeinen mehr als zehnmal länger halten als herkömmliche Lithium-Ionen-Batterien, bevor sie ausgetauscht werden müssen. Einige Versionen weisen eine Lebensdauer von 20 Jahren oder mehr auf.

Sicherheit   – Lithiumtitanat-Batterien sind weniger anfällig für thermisches Durchgehen und weisen eine höhere Stabilität auf. Dies verschafft ihnen einen Vorsprung bei sicherheitskritischen Anwendungen wie medizinischen Geräten.

Leistung bei niedrigen Temperaturen – Das Anodenmaterial ermöglicht hervorragende Entladungsfähigkeiten bei kalten Temperaturen. Lithiumtitanat-Batterien können sogar bis zu -30 °C effizient arbeiten.

Die hohen Kosten von Lithiumtitanat-Batterien haben ihre Verbreitung bislang eingeschränkt. Mit steigender Produktion dürften die Kosten jedoch im Vergleich zu Standard-Lithium-Ionen-Akkus konkurrenzfähiger werden. Aufgrund ihrer außergewöhnlichen Lebensdauer und Zyklenfestigkeit eignen sich Lithiumtitanat-Batterien ideal für Aufgaben, die eine zuverlässige, langfristige Stromversorgung erfordern.

Lithium-Schwefel-Batterien – Lithium-Batterietypen

Lithium-Schwefel-Batterien sind eine aufregende neue Batteriechemie, die im Vergleich zu Lithium-Ionen-Batterien eine deutlich höhere Energiedichte bietet. Diese Batterien verwenden Schwefel als Kathodenmaterial, das theoretisch etwa fünfmal mehr Energie pro Gewicht speichern kann als herkömmliche Lithium-Kobaltoxid-Kathoden, die in Lithium-Ionen-Batterien verwendet werden.

Einige wesentliche Vorteile von Lithium-Schwefel-Batterien:

• Extrem hohe theoretische Energiedichte von rund 500 Wh/kg bzw. 2800 Wh/L. Dies ist 2-5 mal höher als bei Lithium-Ionen-Batterien.

• Die Verwendung von Schwefel als Kathodenmaterial ist reichlich vorhanden und viel kostengünstiger als Kobalt oder Nickel, die in Lithium-Ionen-Batterien verwendet werden. Dadurch können die Kosten erheblich gesenkt werden.

• Schwefelkathoden sind im Vergleich zu Metalloxidkathoden leicht.

• Kein Risiko eines thermischen Durchgehens wie bei Lithium-Ionen-Batterien.

• Umweltfreundliche Materialien.

Bis zur breiten Kommerzialisierung stehen Lithium-Schwefel-Batterien jedoch noch vor einigen technischen Herausforderungen:      

• Kurze Lebensdauer aufgrund des Verlusts von schwefelaktivem Material im Laufe der Zyklen. Zur Lösung dieses Problems wird derzeit an Additiven und Beschichtungen geforscht.

• Geringe Coulomb-Effizienz. Die komplexen Reaktionsmechanismen führen zum Verlust von aktivem Schwefel.

• Volumenausdehnung des Schwefels um bis zu 80 % während der Entladung, was zu mechanischer Schädigung der Kathode führt. Die Nanostrukturierung des Schwefels trägt hier zur Lösung bei.

• Schlechte elektrische Leitfähigkeit von Schwefel erfordert leitfähige Zusätze.

• Die Lithiummetallanode reagiert mit gelösten Polysulfiden, was zu einem schnellen Kapazitätsverlust führt. Schutzbeschichtungen auf dem Lithiummetall werden entwickelt.

Wenn diese Herausforderungen gemeistert werden können, könnten Lithium-Schwefel-Batterien eine sichere, kostengünstige Batterietechnologie mit hoher Energiedichte für Anwendungen wie Elektrofahrzeuge und Netzspeicherung bieten. Aber sie bleiben immer noch eine vielversprechende Batteriechemie, die weiterer Forschung und Entwicklung bedarf.

Festkörper-Lithiumbatterien – Lithiumbatterietypen

Verwendung von Festkörper-Lithiumbatterien ein Festelektrolyt anstelle eines flüssigen oder Polymerelektrolyten. Dadurch sind sie sicherer als Batterien mit flüssigem Elektrolyt, da keine Gefahr besteht, dass der Elektrolyt ausläuft oder sich entzündet.

Der Festelektrolyt ermöglicht zudem eine höhere Energiedichte im Vergleich zu Lithium-Ionen-Batterien mit flüssigem Elektrolyt. Der Festelektrolyt nimmt weniger Platz in der Batterie ein, sodass mehr Platz für die Anoden- und Kathodenmaterialien bleibt. Einige Prototypen von Festkörperbatterien haben Energiedichten von über 500 Wh/L gezeigt, verglichen mit etwa 250–300 Wh/L bei herkömmlichen Lithium-Ionen-Batterien.

Der Festelektrolyt weist außerdem eine höhere thermische und chemische Stabilität auf. Im Vergleich zu flüssigen Elektrolyten kann es höheren Temperaturen standhalten, ohne zu zerfallen. Dies trägt zur Verbesserung der Batteriesicherheit bei und könnte in Zukunft schnellere Laderaten ermöglichen.

Die größten Herausforderungen bei Festkörper-Lithiumbatterien bestehen darin, Elektrolyte mit einer ausreichend hohen Lithiumionenleitfähigkeit zu entwickeln und einen guten Kontakt zwischen dem Festelektrolyten und den Elektrodenmaterialien sicherzustellen. Viele Unternehmen und Forschungsgruppen arbeiten jedoch aktiv an der Kommerzialisierung von Festkörper-Lithiumbatterien, da sie aufgrund ihrer Vorteile in Bezug auf Sicherheit und Energiedichte für Elektrofahrzeuge, Unterhaltungselektronik und andere Anwendungen sehr vielversprechend sind.

Lithium-Luft-Batterien – Lithium-Batterietypen

Lithium-Luft-Batterien stellen eine spannende zukünftige Batterietechnologie dar, die extrem hohe Energiedichten verspricht, die sogar die von Benzin übertreffen. Sie nutzen Lithiummetall als Anode und Luftsauerstoff als Kathode.

Beim Entladen gibt das Lithiummetall Elektronen ab, die sich mit Lithiumionen und Sauerstoff zu Lithiumperoxid verbinden. Diese chemische Reaktion setzt Energie frei, um die Batterie mit Strom zu versorgen. Während des Ladens ist der Vorgang umgekehrt – Lithiumperoxid zerfällt unter Freisetzung von Sauerstoff, Elektronen kehren zur Lithiummetallanode zurück und Lithiumionen kehren zum Elektrolyten zurück.

Ein großer Vorteil von Lithium-Luft-Batterien ist ihre theoretische Energiedichte von etwa 12 kWh/kg, was zehnmal höher ist als bei Lithium-Ionen-Batterien. Diese enorme Energiedichte wird durch die Verwendung von Sauerstoff aus der Umgebungsluft ermöglicht, anstatt ein schweres Kathodenmaterial zu lagern.

Allerdings stehen Lithium-Luft-Batterien immer noch vor erheblichen technischen Herausforderungen. Die Lithiummetallanode ist instabil und neigt beim Laden zur Dendritenbildung. Die Reaktionsprodukte können die Poren der Luftkathode verstopfen und so die Leistung verringern. Es gibt auch Probleme mit der Effizienz, der Lebensdauer und der Sicherheit, die angegangen werden müssen, bevor Lithium-Luft-Batterien kommerziell nutzbar werden. Wenn diese Herausforderungen jedoch gemeistert werden können, könnten Lithium-Luft-Batterien einen revolutionären Fortschritt in der Energiespeicherung darstellen. Ihre außergewöhnlich hohe Energiedichte macht sie zu einer spannenden Perspektive für Elektrofahrzeuge mit großer Reichweite und andere Anwendungen, die die höchstmögliche Energie auf kleinstem Raum erfordern.

Abschluss

Lithiumbatterien haben tragbare Elektronikgeräte und Elektrofahrzeuge revolutioniert, indem sie eine hohe Energiedichte in einem leichten Paket bieten. Mit fortschreitender Forschung und Entwicklung werden sich Lithiumbatterien wahrscheinlich in Bezug auf Kapazität, Ladegeschwindigkeit, Sicherheit und Kosten weiter verbessern.

Primäre Lithiumbatterien sind zwar nicht wiederaufladbar, bieten aber eine lange Haltbarkeit und hohe Leistungsabgabe für Einweggeräte. Sekundäre wiederaufladbare Lithium-Ionen-Batterien dominieren derzeit den Markt der Unterhaltungselektronik und halten Einzug in größere Anwendungen wie Elektrofahrzeuge. Varianten wie Lithium-Polymer und Lithium-Eisenphosphat bieten Vorteile in Bezug auf Flexibilität und Sicherheit.

Neue Batteriechemien wie Lithium-Schwefel und Lithium-Luft zielen darauf ab, die Energiedichte im Vergleich zu Lithium-Ionen deutlich zu steigern. Festkörper-Lithiumbatterien könnten für noch mehr Leistung und Sicherheit sorgen, indem sie flüssige Elektrolyte durch feste Komponenten ersetzen.

Insgesamt hat die Lithiumbatterietechnologie in den letzten Jahrzehnten rasante Fortschritte gemacht und wird weiterhin ein sehr aktiver Innovationsbereich sein. Wir können damit rechnen, dass Lithiumbatterien immer mehr Aspekte unserer modernen Technologiegesellschaft mit Strom versorgen und gleichzeitig in kritischen Bereichen wie Kosten, Sicherheit und Umweltverträglichkeit stetige Verbesserungen erzielen. Die Zukunft dieser vielseitigen Hochleistungsbatterien ist rosig.

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