WAS IST EINE LITHIUM-IONEN-BATTERIE?

Als Lithium-Ionen-Batterien werden alle Batterien auf der Basis von Lithium-Verbindungen bezeichnet. Die reaktiven Materialien der negativen und positiven Elektrode sowie des Elektrolyten enthalten Lithiumionen.

Es gibt eine Vielzahl verschiedener Lithium-Ionen-Akkumulatoren, die sich nicht nur in Größe und Bauform unterscheiden, sondern auch in der chemischen Zusammensetzung ihrer Komponenten und den Spannungsbereichen. Über etwa zwei Jahrzehnte dominierten Lithium-Cobaltdioxid-Akkumulatoren den Markt, während heute vor allem Akkumulatoren auf Basis von Lithium-Nickel-Mangan-Cobalt-Oxiden (NMC) weit verbreitet sind. Neben NMC ist Lithium Eisenphosphateine sehr gängige Batteriechemie, die insbesondere in stationären Speichern Verwendung findet.

Lithium-Ionen-Akkumulatoren zeichnen sich in der Regel durch eine höhere spezifische Energie (Energie pro Eigenmasse) im Vergleich zu anderen Akkutypen aus. Da sie empfindlich auf Tiefentladung und Überladung reagieren, benötigen sie ein geeignetes Batterie-Management-System (BMS). Kenndaten wie Zellspannung, Temperaturempfindlichkeit, Lade- und Entladeschlussspannung sowie der maximal erlaubte Lade- oder Entladestrom variieren je nach Bauart und hängen maßgeblich vom verwendeten Elektrodenmaterial und Elektrolyten ab. Daher ist die genaue Angabe des Typs, wie beispielsweise Lithium-Eisenphosphat-Akkumulator, informativer als die allgemeine Bezeichnung Lithium-Ionen-Akkumulator. Neben den Varianten aufgrund unterschiedlicher Elektrodenmaterialien gibt es auch solche aufgrund verschiedener Elektrolyte: Eine Zelle kann einen flüssigen Elektrolyten enthalten oder als Lithium-Polymer-Akkumulator ausgeführt sein.

Lithium-Ionen-Akkus wurden zunächst vor allem in tragbaren Geräten mit hohem Energiebedarf eingesetzt, da herkömmliche Nickel-Cadmium- oder Nickel-Metallhydrid-Akkus zu schwer oder zu groß waren. Dazu gehörten Mobiltelefone, Tablets, Digitalkameras, Camcorder, Notebooks und Taschenlampen. Heutzutage finden sie in nahezu allen Bereichen Anwendung. In der Elektromobilität dienen sie als Energiespeicher für Pedelecs, Elektroautos, moderne Elektrorollstühle und Hybridfahrzeuge. Das Fraunhofer-Institut für System- und Innovationsforschung ISI prognostizierte 2020, dass die Nachfrage nach Lithium-Ionen-Zellen für die Elektromobilität bis 2030 um das 20- bis 40-fache steigen wird.

Seit 2003 werden Lithium-Ionen-Akkus auch in Elektrowerkzeugen wie Akkuschraubern und Gartengeräten eingesetzt. In der Boeing 787 werden Lithium-Cobaltdioxid-Akkumulatoren (LiCoO2) verwendet, die nach mehreren Bränden nachträglich eine Stahlummantelung erhielten. Andere Flugzeuge sind seit 2012 mit Lithium-Eisenphosphat-Akkus ausgestattet. Lithium-Ionen-Batteriesysteme finden zudem Anwendung in Batteriespeichern.