Li-Ion ist ein wartungsarmer Akku, ein Vorteil, den die meisten anderen Chemien nicht für sich beanspruchen können.Der Akku hat kein Gedächtnis und muss nicht trainiert werden (absichtliche vollständige Entladung), um ihn in gutem Zustand zu halten.Die Selbstentladung ist weniger als halb so hoch wie bei Systemen auf Nickelbasis, was bei Anwendungen zur Kraftstoffanzeige hilfreich ist.Die nominale Zellenspannung von 3,60 V kann Mobiltelefone, Tablets und Digitalkameras direkt mit Strom versorgen und bietet Vereinfachungen und Kostensenkungen gegenüber Mehrzellendesigns.Die Nachteile sind die Notwendigkeit von Schutzschaltungen, um Missbrauch zu verhindern, sowie ein hoher Preis.
Arten von Lithium-Ionen-Batterien
Abbildung 1 veranschaulicht den Prozess.
Li-Ion ist ein wartungsarmer Akku, ein Vorteil, den die meisten anderen Chemien nicht für sich beanspruchen können.Der Akku hat kein Gedächtnis und muss nicht trainiert werden (absichtliche vollständige Entladung), um ihn in gutem Zustand zu halten.Die Selbstentladung ist weniger als halb so hoch wie bei Systemen auf Nickelbasis, was bei Anwendungen zur Kraftstoffanzeige hilfreich ist.Die nominale Zellenspannung von 3,60 V kann Mobiltelefone, Tablets und Digitalkameras direkt mit Strom versorgen und bietet Vereinfachungen und Kostensenkungen gegenüber Mehrzellendesigns.Die Nachteile sind die Notwendigkeit von Schutzschaltungen, um Missbrauch zu verhindern, sowie ein hoher Preis.
Die ursprüngliche Lithium-Ionen-Batterie von Sony verwendete Koks als Anode (Kohleprodukt).Seit 1997 sind die meisten Li-Ionen-Hersteller, einschließlich Sony, auf Graphit umgestiegen, um eine flachere Entladungskurve zu erreichen.Graphit ist eine langzeitzyklenstabile Form von Kohlenstoff und wird in Bleistiften verwendet.Es ist das am häufigsten verwendete Kohlenstoffmaterial, gefolgt von harten und weichen Kohlenstoffen.Nanoröhren-Kohlenstoffe haben noch keine kommerzielle Verwendung in Li-Ion gefunden, da sie dazu neigen, sich zu verwickeln und die Leistung zu beeinträchtigen.Ein zukünftiges Material, das verspricht, die Leistung von Li-Ion zu verbessern, ist Graphen.
Abbildung 2 zeigt die Spannungsentladungskurve eines modernen Li-Ion mit Graphitanode und der frühen Koksversion.
Es wurden mehrere Additive ausprobiert, einschließlich Legierungen auf Siliziumbasis, um die Leistung der Graphitanode zu verbessern.Es braucht sechs Kohlenstoffatome (Graphit), um an ein einzelnes Lithiumion zu binden;ein einzelnes Siliziumatom kann an vier Lithiumionen binden.Das bedeutet, dass die Siliziumanode theoretisch mehr als die 10-fache Energie von Graphit speichern könnte, aber die Ausdehnung der Anode während des Ladevorgangs ist ein Problem.Anoden aus reinem Silikon sind daher nicht praktikabel, und der Anode auf Siliziumbasis werden typischerweise nur 3–5 Prozent Silizium zugesetzt, um eine gute Zyklenlebensdauer zu erreichen.
Die Verwendung von nanostrukturiertem Lithiumtitanat als Anodenadditiv zeigt eine vielversprechende Lebensdauer, gute Belastbarkeit, hervorragende Leistung bei niedrigen Temperaturen und überlegene Sicherheit, aber die spezifische Energie ist niedrig und die Kosten sind hoch.
Das Experimentieren mit Kathoden- und Anodenmaterial ermöglicht es Herstellern, die intrinsischen Qualitäten zu stärken, aber eine Verbesserung kann eine andere beeinträchtigen.Die sogenannte „Energiezelle“ optimiert die spezifische Energie (Kapazität), um lange Laufzeiten bei geringerer spezifischer Leistung zu erreichen;Die „Power Cell“ bietet eine außergewöhnliche spezifische Leistung, jedoch bei geringerer Kapazität.Die „Hybrid Cell“ ist ein Kompromiss und bietet von beidem ein bisschen.
Hersteller können relativ leicht eine hohe spezifische Energie und niedrige Kosten erzielen, indem sie Nickel anstelle des teureren Kobalts hinzufügen, aber dies macht die Zelle weniger stabil.Während sich ein Start-up-Unternehmen auf eine hohe spezifische Energie und einen niedrigen Preis konzentrieren kann, um eine schnelle Marktakzeptanz zu erreichen, dürfen Sicherheit und Haltbarkeit keine Kompromisse eingehen.Namhafte Hersteller legen großen Wert auf Sicherheit und Langlebigkeit.
Die meisten Lithium-Ionen-Batterien haben ein ähnliches Design, bestehend aus einer positiven Metalloxidelektrode (Kathode), die auf einen Aluminiumstromkollektor aufgetragen ist, einer negativen Elektrode (Anode) aus Kohlenstoff/Graphit, die auf einen Kupferstromkollektor aufgetragen ist, einem Separator und einem Elektrolyten aus Lithiumsalz in einem organischen Lösungsmittel.Weitere Informationen finden Sie unter teda battery.com.
Tabelle 3 fasst die Vorteile und Einschränkungen von Li-Ion zusammen.
Postzeit: 26. Juni 2022