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Lithium-Ionen-Batterietypen

Lithium-Ionen-Batterietypen


Obwohl alle Lithium-Ionen-Batterien oder Li-Ionen-Batterien viele Aspekte gemeinsam haben, gibt es eine Vielzahl verschiedener Arten von Lithium-Ionen-Batterien.

Jeder Lithium-Ionen-Batterietyp hat seine eigenen Eigenschaften. Dies bedeutet, dass verschiedene Arten von Li-Ionen-Batterien in verschiedenen Bereichen verwendet werden.

Dementsprechend ist es notwendig, für jede Anwendung den richtigen Lithium-Ionen-Batterietyp auszuwählen. Durch das Verständnis der verschiedenen Typen und ihrer Eigenschaften kann der richtige Typ für jede bestimmte Anwendung ausgewählt werden.

Übersicht über Lithium-Ionen-Batterietypen

Parameter wie Chemie, Kosten, Größe, Gewicht, Kapazität und viele weitere Attribute variieren je nach Lithium-Ionen-Batterietyp.

Gegenstände wie tragbare elektronische Geräte, die von Mobiltelefonen über Tablet-Computer bis hin zu Spielen und E-Readern reichen, erfordern eine hohe Energiedichte bei gleichzeitig hoher Sicherheit. Für diese Anwendungen werden normalerweise Lithium-Kobaltoxid-Batterietypen verwendet.

In anderen Anwendungen kann eine geringere Energiedichte toleriert werden, es kann jedoch eine längere Batterielebensdauer erforderlich sein. Der für diese Anwendungen verwendete Li-Ionen-Batterietyp ist häufig der Lithium-Ionen-Phosphat-Batterietyp oder der Lithium-Nickel-Mangan-Kobaltoxid-Typ, da diese Lithium-Ionen-Batterietypen auf Kosten der sehr hohen Energiedichte längere Nutzungsdauern bieten.

Für Automobilanwendungen, bei denen ein hoher Strom erforderlich ist, wird häufig der Lithium-Nickel-Mangan-Kobaltoxid-Batterietyp verwendet.

Es gibt auch andere Arten von Li-Ionen-Batterien, die für bestimmte Rollen verwendet werden. Da die Lithium-Ionen-Batterietechnologie immer schneller voranschreitet, werden in regelmäßigen Abständen neue Arten von Lithium-Ionen-Batterien auf den Markt kommen.

Es gibt eine gute Auswahl an verschiedenen Arten von Lithium-Ionen-Batterien. Die Hauptunterschiede sind die Anoden- und Kathodenmaterialien.

Jeder der verschiedenen Arten von Lithium-Ionen-Batterien bietet unterschiedliche Eigenschaften und wird dementsprechend in unterschiedlichen Anwendungen eingesetzt. Die Haupttypen sind in den folgenden Abschnitten zusammengefasst.

Lithiumkobaltoxid, LCO

Die Lithium-Kobaltoxid-LiCoO2-Batterie ist eine Art Lithium-Ionen-Batterie, die in vielen Verbrauchsgütern elektronischer Geräte Verwendung findet. Es bietet ein sehr hohes Maß an spezifischer Energiedichte bei gleichzeitig guter Sicherheit.

Die Batterie besteht aus einer Kobaltoxidkathode mit einer Schichtstruktur. Die Anode ist Graphit (Kohlenstoff). Während des Entladungszyklus bewegen sich Lithiumionen von der Anode zur Kathode und während des Ladens in umgekehrter Richtung.

Die Graphitanode begrenzt die Batterielebensdauer, wenn sich die Festelektrolytgrenzfläche ändert, und auch infolge der Anodenverdickung. Neuere Batterien können Nickel oder Mangan enthalten, um die Lebensdauer zu verbessern und die Herstellungskosten zu senken.

Einer der Nachteile der LCO-Batterie besteht darin, dass ihre Stromkapazität sowohl beim Laden als auch beim Entladen begrenzt ist. Als Richtlinie sollte es nicht mit einer höheren Geschwindigkeit als seiner Kapazität geladen oder entladen werden, d. H. Eine 2400-mAh-Batterie sollte nicht mit einem Strom von mehr als 2400 mA geladen oder entladen werden. Oft werden Werte von 0,8 des Ladezustands empfohlen.

Die LCO-Batterie wird jetzt in einigen Anwendungen durch Lithium-Mangan sowie NMC- und NCA-Typen ersetzt. Dies ist auf die verbesserte Leistung dieser anderen Typen zurückzuführen, da die Entwicklung die Leistung verbessert, und auf die Kosten.

Zusammenfassung der Lithium-Kobaltoxid-Batterie, LCO
AttributEinzelheiten
HauptmerkmaleHohe Energiedichte; hohes Maß an Sicherheit
HauptnachteileRelativ kurze Lebensdauer; begrenzte Hochlastfähigkeit.
HauptanwendungenUnterhaltungselektronik: - Mobiltelefone, Spiele, Laptops, Tablets, E-Reader usw.
Stromspannung3,60 V Nennspannung mit typischer Betriebsrate zwischen 3,0 - 4,2 V / Zelle
Spezifische Energie (Kapazität)150 - 200 Wh / kg typisch
Lebensdauer der Batterie500 - 1000 Zyklen

Lithiumeisenphosphatbatterie, LFP

Die Lithium-Ionen-Batterie vom Typ Lithiumeisenphosphat, LFP, bietet einen niedrigen Innenwiderstand und eine hohe Stromfähigkeit.

Dieser Li-Ionen-Batterietyp verwendet ein Phosphatkathodenmaterial im Nanomaßstab, um seine hohe Strombelastbarkeit zu gewährleisten.

In Bezug auf die Leistung liefert diese Art von Lithium-Ionen-Batterie eine etwas niedrigere Klemmenspannung und eine etwas höhere Selbstentladungsrate als andere Formen. Demgegenüber bietet es jedoch eine hohe Nennstromstärke und eine gute thermische Stabilität, kombiniert mit einem guten Niveau und einer guten thermischen Stabilität.

Zusammenfassung von Lithiumeisenphosphat, LFP-Batterie
AttributEinzelheiten
HauptmerkmaleHohe Stromkapazität, längere Kalenderlebensdauer.
HauptnachteileEtwas höhere Selbstentladungsrate; niedrige Zellenspannung (3,3 V)
HauptanwendungenElektrowerkzeuge, einige medizinische Werkzeuge, Bastler

Lithiummanganoxid, LMO

Diese Art von Lithium-Ionen-Batterie verwendet Lithium-Manganoxid, LiMn2O4, als Kathodenmaterial. Diese Art von Lithium-Ionen-Batterie ist so strukturiert, dass hohe Ströme fließen können, und dies ermöglicht es, sehr hohe Strompegel bereitzustellen und auch schnell aufgeladen zu werden.

Es wird im Allgemeinen eine dreidimensionale Spinellstruktur verwendet, d. H. Eine, bei der die Kristallstruktur in dem kubischen, isometrischen System mit den Oxidanionen in einem kubisch dicht gepackten Gitter angeordnet ist. Diese Struktur verbessert den Ionenfluss auf der Elektrode, wodurch die Stromfähigkeit erhöht und der Innenwiderstand der Zelle verringert wird. Eine typische 1500-mAh-Batterie kann aufgrund der Gesamtbatteriekapazität möglicherweise für relativ kurze Zeit konstante Ströme von bis zu 20 A liefern.

Die Struktur dieser Art von Lithium-Ionen-Batterie hat auch den Vorteil, dass sie die thermische Stabilität und die Sicherheit der Zelle verbessert.

Der Nachteil der Zelle ist jedoch die begrenzte Anzahl von Ladungsentladungen / -zyklen sowie die begrenzte Lebensdauer des Kalenders, d. H. Die zeitliche Verschlechterung seit der Herstellung.

Zusammenfassung von Lithium-Manganoxid, MNO-Batterie
AttributEinzelheiten
HauptmerkmaleHohe Stromfähigkeit zum Laden und Entladen.
HauptnachteileGeringere Energiedichte als bei anderen Arten von Lithium-Ionen-Batterien, geringe Lebensdauer und Kalenderlebensdauer.
HauptanwendungenElektrowerkzeuge, einige medizinische Werkzeuge, einige Fahrzeuge.
Stromspannung~ 3,70 V nominal
Spezifische Energie100 - 150 Wh / kg
Lebenserwartung400 - 750 Zyklen

Lithium-Nickel-Kobalt-Aluminiumoxid, NCA

Die Lithium-Nickel-Kobalt-Aluminiumoxid-Batterie (NCA) ist ein Li-Ionen-Batterietyp, der in Verbraucheranwendungen selten vorkommt, aber für die Automobilindustrie untersucht wird. Sein Hauptvorteil ist, dass es eine gute Lebensdauer und hohe Energie- und Leistungsdichtewerte aufweist.

Diese Funktionen sind jedoch mit Kosten verbunden und müssen im Hinblick auf die Sicherheitselemente mit Vorsicht verwendet werden. Eine weitere Entwicklung ist auch erforderlich, um einen Zustand zu erreichen, in dem dieser Li-Ionen-Batterietyp weiter verbreitet werden kann.

Zusammenfassung von Lithium-Nickel-Kobalt-Aluminiumoxid, NCA
AttributEinzelheiten
HauptmerkmaleHohe Energiedichte, hohe Leistungsdichte, gute Lebensdauer.
HauptnachteileHohe Kosten; Sicherheit erfordert mehr Sorgfalt bei der Konstruktion und Verwendung.
Hauptanwendungen

Lithium-Nickel-Mangan-Kobaltoxid, NMC

Der Lithium-Nickel-Mangan-Kobaltoxid-Lithium-Batterietyp verwendet eine Kathode, die aus einer Kombination von Nickel, Mangan und Kobalt besteht.

Der Schlüssel zu diesem Lithium-Ionen-Batterietyp ist die Kombination von Nickel und Mangan. Nickel ist bekannt für seine hohe spezifische Energie, aber schlechte Stabilität, während Mangan einen geringen Innenwiderstand bietet, jedoch auf Kosten einer niedrigen spezifischen Energie. Durch die richtige Kombination beider Elemente in einer Zelle kann das erforderliche Gleichgewicht der Eigenschaften beider Metalle erreicht werden.

Die Kathodenkombination besteht häufig aus einer Kombination von Nickel, Mangan und Kobalt in gleichen Anteilen in einer als 1-1-1 bekannten Kombination. Diese Kombination reduziert die Kosten, indem der Kobaltgehalt reduziert wird, während einige der wichtigsten Leistungsparameter beibehalten werden.

Eine weitere beliebte Kombination besteht aus 5 Teilen Nickel, 3 Teilen Kobalt und 2 Teilen Mangan (5-3-2).

Der Lithium-Ionen-Akku vom NMC-Typ kann entweder für eine hohe spezifische Leistung oder eine hohe spezifische Energie optimiert werden. Angesichts der hohen Kosten für Kobalt versuchen die Hersteller, sich von seiner Verwendung zu entfernen, und erhöhen häufig die Verwendung von Nickel. Dies ist daher häufig eine wichtige Tatsache bei der Wahl der Zusammensetzung der Batterie.

Zusammenfassung von Lithium-Nickel-Mangan-Kobaltoxid, NMC
AttributEinzelheiten
HauptmerkmaleHohe spezifische Leistung oder Energie.
HauptnachteileLeistung / Energiedichte nicht so hoch wie bei einigen anderen Typen.
HauptanwendungenElektrowerkzeuge und Elektrofahrzeuge.
Stromspannung3,60 - 3,70 V.
Spezifische Energie160 - 230 Wh / kg
Lebenserwartung1000 - 2000 Zyklen.

Diese Arten von Lithium-Ionen-Batterien gehören zu den beliebtesten auf dem Markt. Da sich die Technologie jedoch ständig weiterentwickelt, werden ständig neue Lithium-Ionen-Technologien entwickelt und die vorhandenen entwickelt. Dies ist aus den Bedürfnissen der Gerätehersteller entstanden. Die Batterietechnologie im Allgemeinen treibt die Entwicklung voran und es werden erhebliche Beträge investiert. Infolgedessen ist dies ein besonders schnelllebiger Technologiebereich, in dem immer wieder Verbesserungen zu sehen sind.

Schau das Video: Recycling von Lithium Ionen Batterien Battery LabFactory Braunschweig (November 2020).