Lithium-Ionen-Akkus sind in unserem Alltag überaus präsent. Wir tragen sie in der Hosentasche oder am Handgelenk herum, verlassen uns bei der Arbeit auf ihre Leistung und kaufen uns Dinge, die ohne Lithium-Ionen-Akku nicht funktionieren würden.
Ob Smartphone, Laptop oder E-Auto – ohne Lithium-Ionen-Akku geht all das nicht. Im Folgenden erfahren Sie alles Wissenswerte zum Lithium-Ionen-Akku inkl. Aufbau, Funktion und Vor- und Nachteile.
Lithium-Ionen-Akku: die wichtigsten Merkmale
Der Lithium-Ionen-Akku ist der leistungsfähigste Akku bzw. Speicher für elektrische Energie, den es gibt. Es handelt sich dabei um einen Akku (kurz für Akkumulator), der auf Lithium-Basis funktioniert und sich wieder aufladen lässt – im Gegensatz zu den Lithium-Metall-Batterien.
Die wichtigsten Merkmale, die Lithium-Ionen-Akkus ausmachen, sind folgende:
1. Aufbau
Li-Ion-Akkus bestehen aus mehreren galvanischen Einzelzellen. Jede Zelle besteht wiederum aus einer positiven und negativen Elektrode (Kathode und Anode), einem Elektrolyt und einem Separator. Die Zellen können blockweise oder modular (parallel oder in Serie) zusammengesetzt werden. Zellblöcke oder Zellreihen werden in einem Gehäuse angeordnet und mit Schutzeinrichtungen versehen.
2. Funktionsweise
Ein Lithium-Ionen-Akku speichert elektrische Energie in Form von Lithium-Ionen, die zwischen einer positiven Elektrode (Kathode aus Lithium-Nickel-Mangan-Cobalt-Oxid) und einer negativen Elektrode (Anode aus Graphit) hin- und herbewegt werden.
3. Technologie
Lithium-Ionen-Akkus unterschieden sich in ihrer Zelltechnologie. Verschiedene Elektroden-Materialien (für Kathode und Anode) machen das Feld der Lithium-Ionen-Batterie sehr breit. Es gibt also unterschiedliche Batterien, die sich für diverse Anwendungen besser oder schlechter eignen. Die am weitesten verbreiteten Akkus sind die auf Basis von Lithium-Nickel-Mangan-Cobalt-Oxiden (NMC) sowie Lithium-Eisen-Phosphat (LiFePO).
4. Zellformate
Drei verschiedene Zellformate bzw. Formen oder Querschnitte sind bei den Li-Ion-Akkus besonders gängig: zylindrische Zellen, Pouch-Zellen und prismatische Zellen. Sie unterscheiden sich hinsichtlich ihrer Energiedichte, Verwendungsmöglichkeiten, Wärmeentwicklung, Sicherheit und Kosten.
5. Kapazität und Spannung
Lithium-Ionen-Akkus haben eine hohe Energiedichte, denn sie können viel Energie auf kleinem Raum speichern. Die Kapazität wird in Milliamperestunden (mAh) angegeben und zeigt an, wie lange der Akku eine bestimmte Last halten kann. Gängig ist eine Kapazität von 2.000 mAh und eine Energiedichte zwischen 100 Wh und 180 Wh (Wattstunden). Der standardmäßige Lithium-Ionen-Akku hat eine Nennspannung von 3,6 V bis 3,7 V (Volt).
6. Ladezyklen
Lithium-Ionen-Akkus haben eine begrenzte Anzahl von Ladezyklen. Ein Ladezyklus bezieht sich auf das vollständige Aufladen und Entladen des Akkus. Typisch ist eine Lebensdauer von 500 bis 1.000 Ladezyklen. Bei E-Autos sind unter Umständen auch 2.000 bis 3.000 Zyklen möglich. Es wird empfohlen, den Akku bei etwa 50 % bis 60 % Kapazität zu halten, um die Lebensdauer des Akkus zu verlängern.
| Der Lithium-Ionen-Akku hat keinen Memory-Effekt und kann demnach unabhängig vom Akkustand geladen werden. (Vom Memory-Effekt bei Akkus spricht man, wenn sie aufgrund wiederholten Teilentladens dazu neigen, ihre Kapazität zu verringern und sich sozusagen an einen geringeren Ladestand "erinnern".) |
7. Lebensdauer
Die Lebensdauer von Lithium-Ionen-Akkus hängt von verschiedenen Faktoren ab, einschließlich der Anzahl der Ladezyklen, der Ladebedingungen, der Temperatur und der Lagerung. Im Laufe der Zeit verschlechtert sich die Kapazität des Akkus allmählich. Akkus im Smartphone haben eine Lebenserwartung von 3 bis 5 Jahren, die Akkus von E-Autos etwa 8 Jahre.
| Vermeiden Sie Tiefenentladung! Um die Lebensdauer zu verlängern und so viele Ladezyklen wie möglich aus Ihrem Akku herauszuholen, sollten Sie den Akku nicht komplett entladen. Grundsätzlich kümmert sich das Batterie-Management-System (BMS) darum, tiefes Entladen zu vermeiden. Zeigt Ihr Smartphone einen Ladestand von 0 % oder 100 %, so ist er weder ganz voll noch gänzlich entleert. Mehr zum BMS erfahren Sie später in diesem Artikel. |
8. Selbstentladung
Lithium-Ionen-Akkus neigen dazu, sich im Laufe der Zeit selbst zu entladen, auch wenn sie nicht verwendet werden. Es ist daher ratsam, sie regelmäßig (etwa alle 6 Monate) aufzuladen, um die Kapazität aufrechtzuerhalten.
9. Sicherheitsrisiken
Lithium-Ionen-Akkus können bei unsachgemäßem Gebrauch oder Beschädigung gefährlich sein. Sie können überhitzen oder sogar Feuer fangen und müssen in dafür vorgesehenen Geräten verwendet sowie vor übermäßiger Hitze (Sonneneinstrahlung), Kälte und vor mechanischer Beschädigung sowie Belastung geschützt werden.
10. Vorschriften
Es gibt keine öffentlich-rechtlichen Vorschriften, aber Standards im Umgang mit Lithium-Ionen-Akkus. Sie sind nicht als Gefahrstoff klassifiziert, müssen aber – je nach Leistung – in Betrieben wie Gefahrstoffe behandelt werden. Diverse Aspekte der TRGS sowie der Gefahrstoffverordnung sind relevant. Für kleine Akkus gelten weniger strikte Vorschriften.
| Wie erkenne ich einen defekten Lithium-Ionen-Akku? Man kann einen defekten Akku nicht immer sofort erkennen, da sich Defekte unter Umständen lediglich im Inneren auswirken. Gleich zu erkennen sind etwa ein beschädigtes Gehäuse oder ein aufgeblähter Akku. Eine sehr heiße Akku-Oberfläche oder gar Rauchentwicklung weisen ebenfalls auf einen Defekt hin. |
Die folgende Grafik zeigt Ihnen die Merkmale nochmal auf einen Blick:
Aufbau des Lithium-Ionen-Akkus: Zelle und Batterie
Es sind der besondere Aufbau und die Funktionsweise des Lithium-Ionen-Akkus, die ihn zu so einem universell einsetzbaren, kleinen und effizienten Energiespeicher für unterschiedliche Geräte machen.
Im Folgenden wird genauer auf den Aufbau des Lithium-Ionen-Akkus eingegangen. Zuerst wird der Aufbau einer einzelnen Zelle im Akku besprochen, anschließend die drei gängigen Batterie- bzw. Akku-Formate.
| Der Unterschied zwischen Zellen und Batterien Zelle und Batterie (und Akku) sind Begriffe, die in Bezug auf Energiespeicher oft gleichbedeutend verwendet werden, sich jedoch auf unterschiedliche Dinge beziehen:
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Aufbau des Lithium-Ionen-Akkus auf Zellebene
Der Li-Ion-Akku kann sehr klein ausfallen und auf dieser kleinen Fläche eine sehr hohe Energiedichte haben. Zudem ist Lithium das leichteste Metall, was bedeutet, dass es für die Herstellung von Akkus in tragbaren Geräten – Stichwort Wearables – besonders gut geeignet ist.
Wie eingangs erwähnt, der Lithium-Ionen-Akku besteht aus einer Vielzahl von identisch aufgebauten Zellen, die parallel bzw. seriell oder blockweise angeordnet werden.
Der Aufbau des Li-Ion-Akkus bzw. einer Zelle des Akkus sieht wie folgt aus:
- Kathode (Pluspol) aus Mischoxiden bzw. Übergangsmetalloxiden (mit Aktivmaterialien wie Cobalt, Nickel, Mangan oder Aluminium), die auf einem Aluminiumkollektor (Folie) sitzen.
- Anode (Minuspol), meist aus Graphit (Aktivmaterial), auf einem Kupferkollektor (Folie).
- Separator zwischen Kathode und Anode – verhindert einen Kurzschluss.
- Elektrolyt-Füllung ein leitender, wasserfreier Elektrolyt.
- Plastikummantelung
| Info: Handelt es sich um einen Lithium-Polymer-Akku, so ist kein flüssiger Elektrolyt vorhanden, sondern ein Gel-Polymer. |
Die drei am weitesten verbreiteten Zellformate von Lithium-Ionen-Akkus sind:
- Zylindrische Zellen
- Pouch-Zellen
- Prismatische Zellen
Die Wahl des richtigen Zellformats hängt von den Anforderungen der jeweiligen Anwendung ab. Für Anwendungen, die eine hohe Energiedichte und Leistung erfordern, sind prismatische Zellen die beste Wahl.
Für Anwendungen, die eine hohe Sicherheit und Robustheit erfordern, sind Pouch-Zellen ideal. Zylindrische Zellen sind gut für Anwendungen, die eine hohe Kosteneffizienz erfordern, geeignet.
Rund: Zylindrische Zellen
Zylindrische Zellen sind die älteste und am weitesten verbreitete Form von Lithium-Ionen-Zellen. Sie sind in der Regel aus einer Aluminiumhülle gefertigt und haben einen Durchmesser von etwa 18 mm und eine Länge von etwa 65 mm.
Zylindrische Zellen sind relativ kostengünstig und leicht zu produzieren. Sie sind auch robust und eignen sich daher für eine Vielzahl von Anwendungen, darunter Elektrofahrzeuge, mobile Geräte und tragbare Geräte.
Flach: Pouch-Zellen
Pouch-Zellen sind eine vergleichsweise neuere Form von Lithium-Ionen-Zellen. Sie sind in der Regel aus einer Aluminium-Kunststoff-Verbundfolie gefertigt und haben eine zylindrische oder flache Form. Pouch-Zellen bieten eine größere Kapazität als zylindrische Zellen bei gleichem Volumen.
Sie sind auch flexibler und können daher in unterschiedliche Formen und Größen geformt werden. Pouch-Zellen werden in einer Vielzahl von Anwendungen eingesetzt, darunter Elektrofahrzeuge, Smartphones, Tablets, Kopfhörer und andere tragbare Geräte.
Eckig: Prismatische Zellen
Prismatische Zellen sind eine weitere Form von Lithium-Ionen-Zellen. Sie sind in der Regel aus einer Aluminium-Kunststoff-Verbundfolie gefertigt und haben eine prismatische Form. Prismatische Zellen bieten eine höhere Energiedichte als zylindrische oder Pouch-Zellen.
Sie sind auch robuster und eignen sich daher für Anwendungen, die eine hohe Leistung und Sicherheit erfordern. Prismatische Zellen werden in Elektrofahrzeugen, Energiespeichersystemen und anderen industriellen Anwendungen eingesetzt.
Die Grafik führt Ihnen die Formate samt Bestandteile bildlich vor Augen:
| Was ist ein 18650 Akku? 18650 bezeichnet einen (runden) Akku in seinem Durchmesser und seine Länge. Ein 18650er-Akku hat einen Durchmesser von 18 mm und eine Länge von 65 mm (also 1865), die Null in 18650 steht für die runde Zylinderform. Er ist durch die Kapazität von 3.000 mAh oder auch 3.400 mAh und die Nennspannung von 3,7 V sehr energiedicht. |
Wie funktioniert ein Lithium-Ionen-Akku? Funktionsweise
Ein Li-Ionen-Akku speichert elektrische Energie in Form von Lithium-Ionen. Die Funktionsweise vom Lithium-Ionen-Akku läuft – einfach ausgedrückt – folgendermaßen ab:
Lithium-Ionen bewegen sich durch einen Elektrolyt zwischen einer positiven Elektrode (Kathode aus Lithium-Nickel-Mangan-Cobalt-Oxid) und einer negativen Elektrode (Anode aus Graphit) hin und her. Im Folgenden wird näher auf die Funktion eingegangen.
Bewegung
Für Bewegung sorgt die wasserfreie Elektrolyt-Flüssigkeit, in dieser können sich die positiv geladenen Lithium-Ionen der Kathode gut bewegen (im Grunde schwimmen sie darin). Lädt man den Akku, so fließen Elektronen von der Kathode zur Anode.
Anziehung
Die positiv geladenen Lithium-Ionen werden von der negativ geladenen Anode angezogen. Der Separator, der diese Elektroden trennt, ermöglicht den Transport der Ionen, während er gleichzeitig deren direkten Kontakt verhindert. Weil der Separator eine mikroporöse Membran hat, können die positiven Ionen auf die Seite der Anode gelangen.
Aufnahme
Auf Seiten der Anode gliedern sich die Ionen in die dortige Graphitschicht ein. Das führt dazu, dass das Graphit weitere Elektronen aufnehmen kann. So lädt sich der Akku, bis das Graphit seine maximale Aufnahmekapazität erreicht hat und der Akku voll geladen ist.
Umwandlung
Kommt es dann zum Betrieb des Geräts bzw. des Akkus, so wird die chemische Energie in der Batteriezelle in elektrische Energie umgewandelt. Der oben beschriebene Prozess läuft rückwärts ab.
Abgabe
Beim Entladen (bzw. Verbrauchen) gibt die Anode ihre Elektronen wieder ab. So fließt Strom für den Verbrauch. Gleichzeitig fließen die Lithium-Ionen, die noch in der Graphitschicht eingenistet sind, wieder zurück zur Kathode. Sind dann keine mehr übrig, so ist der Akku leer.
Die anschließende Grafik stellt die Zelle in Aufbau & Funktion bildlich dar:
Lithium-Ionen-Akkumulatoren: weitere Technologien
Unter den Lithium-Technologien, die in Zellen der Akkus stecken, gibt es verschiedene. Akkus unterscheiden sich hinsichtlich Größe, Form und chemischer Zusammensetzung. Weit verbreitete Lithium-Ionen-Technologien sind:
- Lithium-Nickel-Mangan-Cobalt-Oxide (NMC-Akkus)
- Lithium-Eisen-Phosphat (LiFePO-Akkus)
Lithium-Nickel-Mangan-Kobalt-Oxide (NMC-Akkus)
Der NMC-Akku ist klein und energiedicht und kommt in unserer Elektronik zum Einsatz. Er kann schnell geladen werden und hat häufig eine flache Bauweise, weshalb er für Bluetooth-Kopfhörer, Smartphones und Tablets ideal ist. Der NMC-Akku wird auch für E-Bikes und Elektroautos häufig verwendet.
Lithium-Eisen-Phosphat
Die LiFePO-Akkus haben eine geringere Energiedichte als NMC-Akkus und sind dementsprechend nicht so platzeffizient. Auch laden sie nicht so schnell wie NMC-Akkus. Sie gelten jedoch als noch sicherer, vor allem hinsichtlich der Brandgefahr. Sie entwickeln keine kritischen thermischen Effekte und haben eine sehr lange Lebensdauer.
Weitere Technologien auf Lithium-Basis
Abgesehen vom Nickel-Mangan-Cobalt-Akkumulator (NMC-Akku) und dem Lithium-Eisen-Phosphat-Akku gibt es noch die folgenden Technologien:
- Lithium-Ionen-Polymer-Akku (Li-Ion-Poly): eine Weiterentwicklung des Li-Ion-Akkus
- Lithium-Nickel-Kobalt-Aluminium-Oxid
- Lithium-Mangan-Oxid-Akku
- Lithium-Titanat-Oxid-Akku
Wie verbreitet sind Li-Ion-Akkus? Zahlen und Fakten
Lithium-Ionen-Akkus sind aufgrund ihrer Energiedichte und Flexibilität, was Bauweise und Technologie angeht, sehr beliebt. Dementsprechend weit verbreitet sind sie. Zudem fördert und fordert die E-Mobilität die Verbreitung und Weiterentwicklung von Li-Ionen-Batterien.
Die Länder mit den größten Reserven an Lithium sind Chile, Australien, Argentinien, China, USA und Kanada. Auch der Umsatz der deutschen Batteriebranche ist im Jahr 2022 um knapp 64 % gestiegen und betrug 8,9 Milliarden Euro (2021: 5,4 Milliarden Euro).
Im Folgenden lesen Sie ein paar weitere beeindruckende Zahlen rund um die Li-Ion-Akkus.
- Preis für Li-Ion-Akkus im Jahr 2010: 600 € pro Kilowattstunde (kWh)
- Preis für Li-Ion-Akkus im Jahr 2025: 83 € pro Kilowattstunde (kWh)
- Weltweite Nachfrage nach Lithium-Ionen-Akkus 2019: 134 Gigawattstunden (GWh)
- Weltweite Nachfrage nach Lithium-Ionen-Akkus 2023: 718 Gigawattstunden (GWh)
- Weltweite Nachfrage nach Lithium-Ionen-Akkus 2030: 3.127 Gigawattstunden (GWh)
An diesen Zahlen lässt sich gut ablesen, wie rasant die Verbreitung von sowie die Nachfrage nach Lithium-Ionen-Akkus voranschreitet. Parallel zur steigenden Nachfrage nach Leistung aus Li-Ion-Akkus sinkt der Preis pro Kilowattstunde.
Die Zahlen zu Nachfrage, Preis und Reserven auf einen Blick:
Lithium-Ionen-Akku: Vor- und Nachteile
Wie bereits erwähnt, der Lithium-Ionen-Akku bringt viele Vorteile mit sich, darunter die besonders ausgeprägte Energiedichte auf kleinem Raum. Diverse Vorteile und Nachteile können sich aber – je nach Akkutyp – ändern. Weitere Vorteile und Nachteile sprechen wir im Folgenden an.
Li-Ion-Akku: Vorteile
Die wichtigsten Vorteile der Lithium-Ionen-Akkus:
- Lithium-Ionen-Akkus sind sehr energiedicht und können gleichzeitig klein gebaut werden.
- Li-Ionen-Akkus können wieder aufgeladen werden.
- Li-Ionen-Akkus haben Batterie-Management-Systeme, die ein Überladen sowie weitere schädliche Vorgänge vermeiden.
- Li-Ion-Akkus haben erwartungsgemäß eine Lebensdauer von mehreren (3-4-5) Jahren – je nach Umgang mit dem Akku. 500 bis 1.000 Ladezyklen sind Standard.
- Li-Ion-Akkus haben eine geringe Selbstentladung.
- Li-Ion-Akkus sind schnellladefähig.
- Lithium-Ionen-Akkus haben keinen Memory-Effekt.
Li-Ion-Akku: Nachteile
Einige Nachteile dürfen ebenfalls nicht außer Acht gelassen werden:
- Li-Ionen-Akkus sind empfindlich gegenüber hohen Temperaturen, Sonneneinstrahlung und Kälte.
- Li-Ion-Akkus reagieren empfindlich auf Tiefen- und Überladung und brauchen deshalb Schutzschaltungen.
- Die Lebensdauer von Lithium-Ionen-Akkus ist von der Benutzung sowie der Lagerung abhängig.
- Werden Lithium-Ionen-Akkus mechanisch beschädigt, so ergeben sich Risiken für die Sicherheit, da Überhitzung und folglich Brände entstehen können.
- Die Herstellung von Lithium-Ionen-Akkus verursacht erhebliche Kosten.
- Li-Ionen-Akkus müssen fachgerecht entsorgt werden (nie im Haushaltsmüll), sodass Bestandteile auch recycelt werden können.
Im Folgenden sehen Sie die Vor- und Nachteile auf einen Blick:
Das Batterie-Management-System: ein essenzieller Bestandteil
Das Batteriemanagementsystem (BMS) ist eine unverzichtbare Komponente in Lithium-Ionen-Batterien in verschiedenen Anwendungen wie Elektrofahrzeugen, Energiespeichersystemen und tragbaren Geräten.
Das BMS arbeitet im Hintergrund und hat die Aufgabe, die optimale Leistung, Sicherheit und Lebensdauer der Batterie sicherzustellen. Die Technologie und Funktionen des BMS entwickeln sich ständig weiter, um die Leistung der Batterien weiter zu optimieren.
Die wichtigsten Funktionen des BMS sind die folgenden:
Batterieüberwachung
Das BMS überwacht kontinuierlich den Zustand der Batterie, darunter die Spannung, den Strom, die Temperatur und andere Parameter. Es erfasst auch wichtige Informationen wie die verbleibende Kapazität, die Ladezyklen und die Gesamtenergie. Dies ermöglicht eine genaue und zuverlässige Bestimmung des Zustands der Batterie.
Zellenausgleich
In einem Batteriepack arbeiten mehrere einzelne Zellen zusammen. Das BMS sorgt für einen Ausgleich des Ladezustands der einzelnen Zellen, um eine ungleichmäßige Entladung oder Überladung zu verhindern. Dies verlängert die Lebensdauer der Batterie und optimiert ihre Leistung.
Temperaturüberwachung und -steuerung
Das BMS überwacht die Temperatur der Batterie, um Überhitzung zu vermeiden. Bei Bedarf kann es Maßnahmen ergreifen, wie z. B. die Reduzierung des Ladestroms oder die Aktivierung von Kühlsystemen, um die Batterie abzukühlen. Dies erhöht die Sicherheit und verhindert Schäden an der Batterie.
| Was ist der sogenannte “Thermal Runaway”? Thermal Runaway, auch als thermischer Durchgang oder thermisches Durchgehen bezeichnet, ist ein gefährliches Phänomen, das bei Lithium-Ionen-Akkus auftreten kann (wohlgemerkt aber nur selten passiert). Ein Thermal Runaway ist eine unkontrollierte und exponentielle Erhöhung der Temperatur im Inneren des Akkus, die zu einer thermischen Überreaktion und zu einem möglichen Brand oder gar zu einer Explosion führen kann. Das Problem kann etwa wegen einer Überhitzung des Akkus aufgrund von externer Hitze, einer Beschädigung des Akkus durch Überladung, einem Kurzschluss oder physikalische Schäden im und am Akku entstehen. Tritt dieser Fall ein, so werden die Zellen im Innern des Akkus weiter erhitzt, wodurch sich die chemischen Reaktionen im Akku beschleunigen und noch mehr Wärme erzeugen. Dies führt zu einer positiven Rückkopplung, bei der sich die Temperatur rapide erhöht, bis der Akku nicht mehr kontrollierbar ist und schließlich entweder in Flammen aufgeht oder sogar explodiert. |
Zellschutz
Das BMS schützt die Batterie vor gefährlichen Betriebszuständen wie Überladung, Überentladung oder Kurzschluss. Es überwacht und kontrolliert die Lade- und Entladevorgänge, um eine sichere und stabile Arbeitsumgebung für die Batterie zu gewährleisten.
Kommunikation und Datenmanagement
Das BMS ermöglicht die Kommunikation zwischen der Batterie und dem externen System, beispielsweise einem Fahrzeug oder einem elektronischen Endgerät. Es liefert wichtige Informationen über den Zustand der Batterie und ermöglicht die Fernüberwachung und -steuerung. Das BMS speichert auch Daten über den Betrieb der Batterie, die für die Diagnose, Wartung und Analyse genutzt werden können.
Mehr zum Li-Ion-Akku: wichtige Hinweise zu Lagerung, Ladung & Entsorgung
Zusätzlich zu den wichtigen Informationen rund um Aufbau der Zellen bzw. der Batterien und deren Funktionsweise, gibt es noch weitere Faktoren, die rund um das Thema Lithium-Ionen-Akku sehr relevant sind. Das sind die korrekte Lagerung, Ladung und Entsorgung. Auf die drei Aspekte wird im Folgenden eingegangen.
Lithium-Ionen-Akku lagern
Rund um die Lagerung von Li-Ion-Akkus gibt es keine rechtlichen Vorschriften. Sie gelten aber als Gefahrgut der Klasse 9 und unterliegen beim Transport besonderen Bestimmungen. Eine Unterweisung für Mitarbeiter ist ebenfalls nötig.
Lagerung und Ladung von Li-Ionen-Akkus müssen getrennt voneinander stattfinden und defekte/beschädigte Akkus sind sofort abzusondern.
Optimal für die Lagerung des Lithium-Ionen-Akkus ist ein Ladezustand zwischen 50 % und 60 %. Wichtig ist auch, dass keine thermischen Belastungen den Akku in seiner Lebensdauer beeinträchtigen. Es ist empfehlenswert, Akkus in kühlen Räumen zu lagern, denn bei einer Raumtemperatur von über 20 Grad Celsius verliert ein Akku im Monat etwa drei Prozent seiner Ladung.
| Gut zu wissen: In unserem Ratgeber zum Thema Lithium-Ionen-Akku lagern, erfahren Sie mehr zum Thema. |
Lithium-Ionen-Akku laden
Nicht jeder Akku wird täglich genutzt oder gar geladen, wie etwa der Energiespeicher im Akkubohrer oder in einer Drohne. Akkus altern schneller, je höher ihre Zellenspannung ist. Aus diesem Grund empfiehlt es sich, Geräte nach dem Gebrauch nicht sofort wieder aufzuladen, bevor sie gelagert werden. Es ist besser, sie vor der Verwendung vollständig aufzuladen.
Beim Laden gibt es einige weitere Dinge, die die Gesundheit und Lebensdauer des Akkus fördern:
- Verwenden Sie zum Laden von Lithium-Ionen-Akkus immer ein geeignetes Ladegerät, das für den Akkutyp und die Kapazität des Akkus geeignet ist.
- Laden Sie den Akku immer mit der angegebenen Ladespannung. Eine zu niedrige Ladungsspannung kann dazu führen, dass der Akku nicht vollständig aufgeladen wird, während eine zu hohe Ladungsspannung die Lebensdauer des Akkus verkürzen kann.
- Lassen Sie den Akku nicht über längere Zeit am Ladegerät, nachdem er vollständig aufgeladen wurde. Dies kann zu Überladung führen und die Lebensdauer des Akkus beeinträchtigen.
- Li-Ionen-Akkus sollten Sie niemals kurzschließen und nicht über 4,2 V laden bzw. unter 2,5 V entladen.
Grundsätzlich sei gesagt, dass das bereits erwähnte Batterie-Management-System hier in der Regel gute Dienste leistet und einen sicheren sowie effektiven Ladevorgang gewährleistet.
Lithium-Ionen-Akku entsorgen
Aufgrund der enthaltenen Chemikalien sollten Lithium-Ionen-Akkus nie einfach im normalen Haushaltsmüll entsorgt werden. Stattdessen sollten sie an speziellen Sammelstellen für Batterien abgegeben werden, um eine umweltfreundliche Entsorgung sowie richtiges Recycling sicherzustellen. Diverse Bestandteile wie Lithium, Kobalt und Nickel sind wertvoll.
Haben Sie einen beschädigten oder defekten Akku vor sich, dann sollten Sie diese auf keinen Fall ohne Schutzkleidung anfassen und diesen umgehend von anderen Akkus trennen. Defekte Akkus sollten Sie immer in geeigneten Gefahrstoff-Lagermöglichkeiten unterbringen, wie etwa einem Akku-Stahlsammelbehälter. Dann gehört der Akku fachgerecht entsorgt.
Lithium-Ionen-Akku: Aufbau und Funktion
Li-Ion-Akkus sind weit verbreitete und energiedichte Speicher, die in vielen Geräten verwendet werden. Der Lithium-Ionen-Akku-Aufbau aus Kathode, Anode, Separator und Elektrolyt sorgt für die starke Leistung und die lange Lebensdauer. Allerdings erfordert er für eine fehlerlose Funktionsweise einen sorgfältigen Umgang – auch, um Sicherheitsrisiken zu minimieren und die Lebensdauer zu verlängern.
FAQ: Häufig gestellte Fragen
Wie funktioniert ein Lithium-Ionen-Akku, einfach erklärt?
Ein Lithium-Ionen-Akku speichert elektrische Energie in Form von Lithium-Ionen. Die positiv geladenen Lithium-Ionen werden von der negativ geladenen Anode angezogen. Der Separator, der die Elektroden trennt, ermöglicht den Transport der Ionen. Lädt man den Akku, so fließen also Elektronen von der Kathode zur Anode. Kommt es dann zum Betrieb des Geräts bzw. des Akkus, so läuft der Prozess rückwärts von Anode zur Kathode ab.
Wie funktioniert eine Lithium-Ionen-Zelle?
Die Funktionsweise einer Lithium-Ionen-Zelle beruht auf dem Austausch von Lithium-Ionen zwischen Kathode und Anode durch einen Separator und eine Elektrolytlösung während des Lade- und Entladevorgangs. Dieser Austausch erfolgt aufgrund der elektrochemischen Reaktionen im Inneren der Zelle.
Welche Vor- und Nachteile bieten Lithium-Ionen-Akkus?
Lithium-Ionen-Akkus sind sehr energiedicht, platzeffizient und können schnell geladen werden. Auch haben sie eine geringe Selbstentladung und keinen Memory-Effekt. Nachteilig sind ihre begrenzte Lebensdauer sowie Ladezyklen. Auch sind sie empfindlich gegenüber hohen und niedrigen Temperaturen und mechanischen Beschädigungen.
Was macht ein Batteriemanagementsystem?
Das Batteriemanagementsystem (BMS) ist ein essenzieller Bestandteil in Lithium-Ionen-Batterien. Das BMS sorgt im Hintergrund für die optimale Leistung, Sicherheit und Lebensdauer des Li-Ion-Akkus. Die Technologie und Funktionen des BMS entwickeln sich ständig weiter. Ein Beispiel: Das BMS sorgt dafür, dass der Akku im Smartphone nicht wirklich auf 100 % geladen bzw. auf 0 % entladen werden kann.
Wie viele Jahre hält ein Lithium-Ionen-Akku?
Im Schnitt hält ein Lithium-Ionen-Akku – je nach Benutzung und Lagerbedingungen – 3 bis 5 Jahre. In etwa 500 bis 1.000 Ladezyklen sind im Zuge der Lebensdauer möglich. Das kann sich aber von Akkutyp zu Akkutyp verändern, auch der eigene Umgang bzw. Ladegewohnheiten haben einen Einfluss auf die Lebensdauer.
Welche Art von Lithium-Ionen-Akkus gibt es?
Es gibt die weit verbreiteten Akkus mit Lithium-Nickel-Mangan-Cobalt-Oxiden (NMC-Akkus) und die mit Lithium-Eisen-Phosphat (LiFePO-Akkus). Der Lithium-Ionen-Polymer-Akku (Li-Ion-Poly) ist eine Weiterentwicklung des Li-Ion-Akkus. Es gibt noch Lithium-Nickel-Kobalt-Aluminium-Oxid-Akkus, Lithium-Mangan-Oxid-Akkus und Lithium-Titanat-Oxid-Akkus.
Was macht ein Separator im Li-Ion-Akku?
Der Separator trennt die positiv geladene Kathode von der negativ geladenen Anode und ermöglicht den Transport der Ionen, während er gleichzeitig deren direkten Kontakt verhindert. Der Separator hat eine mikroporöse Membran, dadurch können die positiven Ionen auf die Seite der Anode gelangen.
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