Ultimativer Leitfaden für Lithium-Batterien

Vielleicht haben Sie noch gar nicht bemerkt, wie häufig wir Lithiumbatterien in unserem täglichen Leben verwenden! Heute möchten wir über Lithiumbatterien sprechen, einschließlich ihrer Geschichte, ihrer Vor- und Nachteile, ihrer Anwendungen und ihrer richtigen Verwendung im Alltag. Dies ist also ein umfassender Leitfaden zu Lithiumbatterien.

Geschichte der Lithium-Batterie

Die Geschichte der Entwicklung von Lithiumbatterien lässt sich bis zur Leydener Flasche im Jahr 1745 zurückverfolgen, die von einem niederländischen Wissenschaftler als Kondensator erfunden wurde, der elektrische Ladung speichern und wieder abgeben konnte. Dieses Gerät war sehr einfach, aber es eröffnete eine neue Ära in der menschlichen Nutzung von Elektrizität. In den folgenden zwei Jahrhunderten entwickelte sich die menschliche Forschung im Bereich der Elektrizität von der Leydener Flasche über die Daniell-Zelle, Blei-Säure-Batterien, Nickel-Cadmium-Batterien bis hin zu Lithium-Metall-Batterien, womit die Ära der Lithium-Batterien begann, die 1960 eingeführt wurde. Erst 1991 wurde die erste Lithium-Ionen-Batterie vorgestellt. Mit der kontinuierlichen Weiterentwicklung der Batterietechnologie haben Lithium-Ionen-Batterien zunehmend Einzug in unser tägliches Leben gehalten und viele Annehmlichkeiten mit sich gebracht.

Woraus sind Lithiumbatterien hergestellt?

Lithiumbatterien bestehen hauptsächlich aus vier Teilen, nämlich der Kathode, der Anode, dem Elektrolyt und dem Separator. Sie setzen sich in etwa wie folgt zusammen:

Kathode: typischerweise Lithiumeisenphosphat, Lithiumtitanat, Lithiumkobaltoxid, Lithiummanganoxid und andere Lithiumoxide.

AnodeDie Anode besteht in der Regel aus Graphit, dem Silizium hinzugefügt wird, um die Kapazität der Batterie zu erhöhen. Neben Kohlenstoff können auch Materialien wie Lithiummetall und Lithiumlegierungen für die Anode verwendet werden.

Elektrolyt: in der Regel ein flüssiger Elektrolyt, der aus Lithiumsalzen besteht. Es gibt auch feste Elektrolyte, z. B. aus Keramik.

Abscheider: dient zur Trennung von Kathode und Anode, um die Sicherheit des Stromkreises zu gewährleisten. Elektronen können nicht hindurch, aber Ionen schon.

Wie funktioniert die Lithium-Batterie?

Wie funktionieren also Lithiumbatterien und versorgen Geräte mit Strom? Seien Sie neugierig, und lassen Sie uns gemeinsam einen Blick auf das Funktionsprinzip werfen.

Lithiumbatterien sind wiederaufladbare Batterien, bei denen die positive Elektrode (Kathode) ein höheres Potenzial aufweist als die negative Elektrode (Anode), wodurch ein gewisser Konzentrationsunterschied entsteht. Dieser Konzentrationsunterschied bewirkt, dass sich Lithiumionen zwischen der positiven und der negativen Elektrode bewegen und den Lade- und Entladevorgang der Batterie abschließen.

Aufladeprozess:

Während des Aufladens der Batterie erzeugt die Kathode kontinuierlich neue Lithium-Ionen, die zur Anode wandern und sich in den Mikroporen der Kohlenstoffschicht der Anode einlagern. Je mehr Lithium-Ionen eingebettet sind, desto höher ist die Kapazität, die die Batterie während des Ladevorgangs gewinnt.

Entlassungsprozess: 

Die in der Kohlenstoffschicht der Anode eingebetteten Lithium-Ionen wandern durch die Membran zur Kathode. Gleichzeitig bewegen sich die Elektronen, die die Membran nicht passieren können, über einen externen Stromkreis von der negativen zur positiven Elektrode und erzeugen so einen elektrischen Strom. Dieser Vorgang wird als Entladung bezeichnet.

Arten von Lithium-Batterien

Anhand ihres Aussehens und der verwendeten positiven Elektrodenmaterialien lassen sich Lithiumbatterien in verschiedene Typen einteilen.

Geteilt durch die Form:

Zylindrische Lithium-Batterie

Dieser Batterietyp ist zylindrisch, z. B. die 18650-Batterie, und wird häufig in tragbaren Geräten verwendet.

Quadratische Lithium-Batterie

Das äußere Gehäuse ist quadratisch und kann für Handy-Akkus usw. verwendet werden.

Knopf-Lithium-Batterie

Dieser Batterietyp hat eine ähnliche Form wie die Knöpfe an Ihrer Kleidung und wird häufig in Uhren, Taschenrechnern, Taschenlampen und so weiter verwendet.

Aufgeteilt nach Verpackungsmaterial:

Stahlmantel-Lithium-Batterie

In der Anfangsphase wurde dieses Material häufig als Außenverpackung für Lithiumbatterien verwendet. Es ist schwer und hat eine etwas geringere Sicherheit.

Aluminiumschale Lithium-Batterie

Die Aluminiumschale ist leichter als der Stahlmantel und bietet eine hohe Sicherheit, aber die Kosten für das Öffnen der Form sind ebenfalls hoch.

Tasche Lithium-Batterie

Sie bestehen meist aus Aluminiumfolie und zeichnen sich durch geringes Gewicht, niedrige Kosten für die Formöffnung und hohe Sicherheit aus.

Aufgeteilt nach den positiven Elektrodenmaterialien:

Lithium-Eisen-Phosphat-Batterie 

Verwendet Lithiumeisenphosphat (lifepo4) als positives Elektrodenmaterial für Lithiumbatterien.

Lithium-Kobalt-Oxid-Batterie

Verwendet Lithiumkobaltoxid als positives Elektrodenmaterial für Lithiumbatterien.

Lithium-Mangan-Oxid-Batterie

Verwendet Lithiummanganoxid als positives Elektrodenmaterial für Lithiumbatterien.

Lithium-Titan-Oxid-Batterie

Das Material der positiven Elektrode ist Lithium-Titanoxid.

Lithium-Nickel-Mangan-Kobalt-Oxid-Batterie 

Das positive Elektrodenmaterial umfasst Lithium (Li), Nickel (Ni), Mangan (Mn), Kobalt (Co) und Sauerstoff (O).

Lithium-Nickel-Kobalt-Aluminium-Oxid-Batterie 

Das positive Elektrodenmaterial ist Lithium-Nickel-Kobalt-Aluminiumoxid, das Lithium (Li), Nickel (Ni), Kobalt (Co) und Aluminiumoxid (Al2O3) enthält.

Aufgeteilt nach Anwendungsbereichen:

Tragbare Geräte

Diese Lithiumbatterien haben nicht nur eine hohe Energiedichte, sondern auch ein geringes Volumen, ein geringes Gewicht und können über einen langen Zeitraum Strom liefern.

Kraftfahrzeuge 

Diese Lithiumbatterien verfügen über eine sofortige Explosionskraft, die ausreichend Energie für Ihre Elektrofahrzeuge liefern kann.

Energiespeichersysteme 

Diese Lithiumbatterien können durch Sonnenenergie, Windenergie usw. erzeugte Energie speichern und in die von den Menschen benötigte elektrische Energie umwandeln.

Wenn Sie die Klassifizierung von Lithiumbatterien im Detail verstehen wollen, einschließlich der Vorteile, Nachteile und Anwendungen jedes Typs, lesen Sie den Artikel '16 Arten von Lithiumbatterien' bietet eine ausführlichere Einführung.

Vorteile der Lithium-Batterie

Hohe Energiedichte

Lithiumbatterien haben eine hohe Energiedichte. Das bedeutet, dass Lithiumbatterien bei gleichem Volumen und Gewicht mehr Energie speichern können als andere Batterietypen, z. B. Blei-Säure-Batterien.

Lange Zyklusdauer

Im Vergleich zu Blei-Säure-Batterien, die in der Regel nur eine Lebensdauer von 300 bis 500 Zyklen haben, können Lithium-Batterien in der Regel mehrere tausend oder sogar zehntausend Zyklen überstehen. Zum Beispiel kann die 12V-Lithium-Batterien von Delong kann bis zu 6500 Zyklen erreichen.

Niedrige Selbstentladungsrate

Wenn Sie Geräte nur selten benutzen, empfiehlt es sich, Lithiumbatterien zu verwenden, da diese eine geringe Selbstentladung aufweisen. Selbst wenn sie eine Zeit lang nicht benutzt werden, können sie eine hohe Kapazität beibehalten.

Kein Memory-Effekt

Sie können Lithiumbatterien jederzeit wieder aufladen, da sie keinen Memory-Effekt haben.

Leicht und kompakt

Wie bereits erwähnt, haben Lithiumbatterien eine hohe Energiedichte, weshalb sie weniger wiegen und ein geringeres Volumen haben als andere Batterien mit derselben Energiedichte.

Umweltschonend

Im Gegensatz zu Blei-Säure-Batterien, Nickel-Cadmium-Batterien und Nickel-Metallhydrid-Batterien, die Schwermetalle enthalten, erzeugen Lithium-Batterien keine Abfälle, die die Umwelt belasten.

Nachteil der Lithium-Batterie

Schlechte Sicherheitsleistung

Das Innere von Lithiumbatterien wird leicht durch äußere Bedingungen beeinträchtigt. So können beispielsweise Überladung und Überentladung dazu führen, dass die Batterie Feuer fängt oder explodiert.

Schlechte Leistung bei niedrigen Temperaturen

Obwohl Lithiumbatterien innerhalb eines bestimmten Temperaturbereichs normal funktionieren können, beeinträchtigen zu hohe oder zu niedrige Temperaturen ihre normale Leistung.

Hohe Herstellungskosten

Die Herstellungskosten für Lithiumbatterien sind noch nicht vollständig gesunken. Batterien, die knappe Ressourcen als positive Elektrodenmaterialien verwenden, sind besonders teuer. Dies spiegelt sich auch in den Bereichen der Energiespeicherung und der Elektrofahrzeuge wider.

Abhängigkeit von seltenen Ressourcen

Einige Materialien für Lithiumbatterien erfordern knappe Metallressourcen. Ein umfangreicher Abbau kann die Umwelt beeinträchtigen und zu einer relativ knappen Versorgung führen.

Für welche Anwendungen kann die Lithium-Batterie verwendet werden?

Aus den obigen Ausführungen wissen wir, dass Lithiumbatterien viele Klassifizierungen haben, vom äußeren Erscheinungsbild über die innere Struktur bis hin zu den Materialien! Dadurch können sie auch in verschiedenen industriellen Ausrüstungen eingesetzt werden, einschließlich, aber nicht beschränkt auf die folgenden:

Elektronische Geräte: 

Ihr Mobiltelefon, Ihr Tablet, Ihre Videokamera, Ihre elektronische Uhr und andere elektronische Produkte verwenden Lithiumbatterien als mobile Energiequelle. Sie haben nicht nur eine hohe Energiedichte und können eine bestimmte Menge an Energie für die Geräte speichern, sondern sie haben auch eine hohe Ladeeffizienz und können in kurzer Zeit vollständig aufgeladen werden. Am wichtigsten ist, dass sie eine gute Sicherheitsleistung aufweisen, so dass Sie sie unbesorgt verwenden können.

Beleuchtungsanlagen:

Lithiumbatterien haben eine hohe Energiedichte und eine geringe Größe, wodurch sie sich für den Einsatz in tragbaren Beleuchtungsgeräten wie Bergbau-Scheinwerfern und Taschenlampen für nächtliche Ausflüge eignen.

Elektrisch betriebene Fahrzeuge: 

Wiederaufladbare Lithiumbatterien werden in beliebten Elektrofahrzeugen, Elektrofahrrädern und Elektrorollern eingesetzt, um diese stromhungrigen Geräte mit hoher Leistung zu versorgen.

Luft- und Raumfahrt: 

Die Ausrüstung in diesem Bereich erfordert äußerst zuverlässige Energiequellen. Lithiumbatterien mit ihren zahlreichen Vorteilen erfüllen diese Anforderung und sind zum Energiesystem für verschiedene Raumfahrzeuge geworden.

Wie lange hält die Lithium-Batterie?

How long can the lithium battery you purchased supply power to your device? In other words, what is its cycle of life? This question needs to be determined from specific situations because the battery’s service life is affected by many factors. 

Das Wichtigste ist jedoch der Batterietyp, d. h. die verwendeten Rohstoffe und Herstellungsverfahren. Im Allgemeinen beträgt die Lebensdauer von Lithiumbatterien mehr als 1000 Zyklen, was im Allgemeinen länger ist als die 300 bis 500 Zyklen von Blei-Säure-Batterien. Zweitens haben die Kapazität der Batterie, die tägliche Nutzungsumgebung, die Anzahl der Ladezyklen und die Lademethoden einen gewissen Einfluss auf ihre Lebensdauer. Darüber hinaus nehmen die Kapazität und die Leistung der Batterie mit der Zeit bis zu einem gewissen Grad ab.

Wenn Sie Ihre Lithium-Batterie optimal nutzen und ihren Wert voll ausschöpfen wollen, sollten Sie die Konstruktionsparameter beachten, sie richtig verwenden und warten sowie Überladung und Überentladung vermeiden.

Die Möglichkeiten zum Aufladen der Lithium-Batterie

Genau wie wir unsere Telefone aufladen, können Lithiumbatterien auf zwei Arten aufgeladen werden: normales Aufladen und Schnellladen. Die Unterschiede zwischen den beiden sind wie folgt:

Regelmäßige Aufladung: 

Langsamer Strom, erfordert längere Wartezeit, um die Batterie vollständig aufzuladen.

Schnelles Aufladen: 

Schnellerer Strom, der die Zeit bis zur vollständigen Aufladung der Batterie erheblich verkürzt.

Es ist jedoch wichtig zu beachten, dass es in beiden Fällen am besten ist, das Original-Ladegerät des Herstellers zu verwenden, um jegliche Kompatibilitätsprobleme zu vermeiden. Außerdem sollten Sie den Ladevorgang des Akkus überwachen. Sobald der Akku vollständig geladen ist, sollten Sie die Stromquelle sofort abschalten, um eine Überladung zu vermeiden. Es ist auch wichtig, dass die Umgebung stets gut belüftet ist. Die Entwicklung guter Ladegewohnheiten kann dazu beitragen, die Lebensdauer des Akkus zu verlängern. 

Wie sollten wir Lithium-Batterien richtig lagern?

Hallo, bitte beachten Sie bei der Lagerung der Lithiumbatterie die folgenden Punkte, die nicht nur die Sicherheit der Batterie gewährleisten, sondern auch dazu beitragen, dass die Batterie bei der späteren Verwendung normal funktioniert.

Lagertemperatur: 

Bewahren Sie Lithiumbatterien möglichst in einer Umgebung auf, die weit von einer Wärmequelle entfernt ist und eine angemessene Temperatur aufweist. Denn übermäßige Hitze kann ein Sicherheitsrisiko für die Batterie darstellen. Sowohl zu hohe als auch zu niedrige Temperaturen können die Leistung und Lebensdauer der Batterie beeinträchtigen.

Feuchtigkeit vorbeugen: 

Der Ort, an dem Lithiumbatterien aufbewahrt werden, sollte so trocken wie möglich gehalten werden und nicht dem Regen ausgesetzt sein. Eine feuchte Umgebung kann die Batterie leicht korrodieren lassen und Kurzschlüsse verursachen.

Vermeiden Sie Komprimierung: 

Sorgen Sie für ausreichend Platz um die platzierten Lithiumbatterien, um Schäden durch Druck zu vermeiden.

Regelmäßiges Aufladen und Entladen: 

Wenn Lithiumbatterien lange Zeit nicht benutzt werden, müssen sie alle drei bis sechs Monate aufgeladen werden.

Die Gebrauchsanweisungen der meisten Hersteller enthalten Vorsichtsmaßnahmen, wie z. B. eine bestimmte Temperatur oder die Lagerkapazität der Batterie. Es wird empfohlen, diese Anweisungen zu lesen und zu befolgen. 

Ähnlicher Artikel: Wie lagert man Lithiumbatterien?

Vergleich mit anderen Batterien

Lithium-Batterie VS. Lithium-Ionen-Akku

Als Lithiumbatterien bezeichnet man Batterien mit Lithiummetall oder Lithiumoxid als positivem Elektrodenmaterial. Der Begriff ist sehr weit gefasst und umfasst zwei Hauptkategorien: Lithium-Metall-Batterien und Lithium-Ionen-Batterien.

Lithium-Ionen-Batterien sind eine Klassifizierung von Lithium-Batterien, die die Bewegung von Lithium-Ionen nutzen, um den Lade- und Entladevorgang abzuschließen, und sie sind wiederaufladbar.

Lithium-Batterie VS. Lifepo4 Batterie

Lithium-Eisenphosphat-Batterien mit Lithium-Eisenphosphat als Kathodenmaterial sind eine der Kategorien von Lithium-Ionen-Batterien, die ebenfalls zu den Lithium-Batterien gehören. Sie haben im Vergleich zu Lithium-Ionen-Batterien eine stabilere Sicherheitsleistung und eine höhere Energiedichte.

Lithium-Batterie VS. Blei-Säure-Batterie

Das positive Elektrodenmaterial von Lithiumbatterien ist Lithiummetall oder Lithiumoxid, und Graphit wird als negatives Elektrodenmaterial verwendet.

Blei-Säure-Batterien verwenden Bleimetall und seine Oxide als negative Elektrode.

Die Energiedichte, die Lebensdauer, der Memory-Effekt und die Sicherheitsleistung von Lithiumbatterien sind den Blei-Säure-Batterien überlegen, und sie ersetzen nach und nach die Blei-Säure-Batterien auf dem Markt.

Ähnlicher Artikel: Lithium-Ionen-Batterien VS. Blei-Säure-Batterien | Leitfaden zum Vergleich

Lithium-Batterie VS. 18650 Batterie

Lithiumbatterien gibt es in verschiedenen Formen und Spezifikationen. Die 18650-Batterie ist nur eine kleine Kategorie wie Lithium-Ionen-Batterien.

Lithium-Batterie VS. Normale Batterie

Lithiumbatterien und herkömmliche Batterien sind recht unterschiedlich. Von den chemischen Materialien über die Energiedichte, die Lebensdauer, die Selbstentladung und die Ladegeschwindigkeit gibt es viele Aspekte zu erörtern, die jedoch für eine detaillierte Analyse von den jeweiligen Umständen abhängen.

Schlussfolgerung

Ich glaube, Sie haben durch die obigen Ausführungen ein gewisses Verständnis für Lithiumbatterien gewonnen. Als Nächstes werden wir Ihnen ausführlichere Informationen zu den einzelnen Teilen geben. Bitte bleiben Sie auf dem Laufenden.

Häufig gestellte Fragen

Brauchen Lithiumbatterien eine Belüftung?

Ja, Lithiumbatterien sind sehr temperaturempfindlich und können bei anhaltend hohen Temperaturen ein Sicherheitsrisiko darstellen.

Was bringt Lithiumbatterien zur Explosion?

Lithiumbatterien können im Falle eines Kurzschlusses, einer Überladung oder Entladung, eines Stoßes oder einer Panne explodieren.

Sind AA-Batterien Lithium?

AA-Batterien sind keine Lithiumbatterien, sondern Alkalibatterien. Hier ist ein Artikel zum Vergleich 18650-Batterien mit AA-Batterien.

Was ist die beste Lithium-Batterie auf dem Markt？

Die Lithium-Eisenphosphat-Batterie in Lithiumbatterien ist derzeit weit verbreitet, und ihre Energiedichte und Lebensdauer sind gut. Darüber hinaus sind Lithium-Kobalt-Oxid-Batterien ebenfalls gut. Der Vergleich hängt von den spezifischen Anwendungsszenarien ab.

Was tun mit alten Lithium-Batterien？

Sie können die alten Lithiumbatterien zu einer spezialisierten Batterie-Recycling-Organisation bringen, die die alten Batterien ordnungsgemäß behandelt, um die Umweltverschmutzung zu reduzieren.

Was bedeutet Amperestunden bei einer Lithium-Batterie?

Amp ist die Abkürzung für Ampere und steht für die Stärke des elektrischen Stroms. Bei Lithiumbatterien wirkt sich die Amperezahl auf die Lade- und Entladegeschwindigkeit sowie auf die Leistung der Batterie aus. Hour steht für die Zeiteinheit. Ampere-Stunden werden mit Ah abgekürzt und geben die Kapazität der Batterie an.

Ähnlicher Artikel:

Schritt für Schritt: Milliampere in Ampere umwandeln

Wie man Amperestunden in Ampere umrechnet: Leitfaden für Einsteiger

Was wird Lithiumbatterien in Zukunft ersetzen?

Although lithium batteries have a history of more than 200 years, with the advancement of technology, Solid-State-Batterienund Natrium-Ionen-Batterien, which are still in the research and development stage, may surpass them and replace lithium batteries.

Ähnlicher Artikel:

Was ist eine Natrium-Ionen-Batterie?

Natrium-Ionen-Batterie vs. Lithium-Ionen-Batterie

Solid State Battery Vs. Lithium Ion Battery