5 Hersteller von Lithium-Batterien im Jahr 2024

Was ist eine Lithium-Batterien?

Eine Lithium-Batterie ist eine Art chemische Batterie, die eine chemische Reaktion zur Stromerzeugung nutzt. Obwohl der Name dem von Lithium-Batterien ähnelt und leicht verwechselt werden kann, sind Lithium-Batterien wiederaufladbare Batterien, die auf einer Interkalationsreaktion beruhen und ein Kohlenstoffmaterial verwenden, das Lithium-Ionen als negative Elektrode speichern kann.

Lithium-Batterien hingegen verwenden metallisches Lithium oder Lithium-Legierungen als negative Elektrode und sind im Allgemeinen nicht wiederaufladbare Primärbatterien.

Mangandioxid, Graphitfluorid und Eisendisulfid werden für die positive Elektrode von Lithium-Batterien verwendet, wobei diejenigen, die Mangandioxid verwenden, am weitesten verbreitet sind, und die Bezeichnung Lithium-Batterien bezieht sich im Allgemeinen auf Lithium-Mangandioxid-Batterien.

Verwendungszwecke von Lithium-Batterien

Lithium neigt am stärksten zur Kationisierung und ist das leichteste aller Metalle. Aus diesem Grund zeichnen sich Lithium-Batterien durch hohe Spannung, geringes Gewicht und hohe Energiedichte aus. Sie werden häufig als interne Stromquelle für Uhren und als Speichermedium in einer Vielzahl von elektrischen Haushaltsgeräten wie Blu-ray-/DVD-Recordern, Digitalkameras, Spielkonsolen, Reiskochern und Kommunikationsgeräten verwendet.

Einige Typen zeichnen sich auch durch stabile Entladeeigenschaften, langfristige Zuverlässigkeit und hervorragende Haltbarkeit bei hohen Temperaturen aus und werden daher häufig als Stromquellen für kritische Geräte wie verschiedene Wasser-, Strom- und Gaszähler und intelligente Zähler, Feuermelder, Sicherheitsausrüstungen und medizinische Geräte verwendet.

Prinzip der Lithium-Batterien

Lithium-Batterien verwenden Mangandioxid, Graphitfluorid oder Eisendisulfid für die positive Elektrode, Lithiummetall für die negative Elektrode und einen organischen Elektrolyten, der durch Auflösen von Lithiumsalzen in einem organischen Lösungsmittel hergestellt wird, als Elektrolyt

Das metallische Lithium in der Anode wird an der Kontaktstelle mit dem Elektrolyten ionisiert und löst sich als Lithiumionen in den Elektrolyten auf, wobei für jedes lithiumhaltige Atom ein Elektron erzeugt wird. Die Elektronen wandern dann von der Anode über einen Leiter zur Kathode und die Lithiumionen über den Elektrolyten, wodurch eine chemische Reaktion mit dem Kathodenmaterial ausgelöst wird.

Eigenschaften von Lithium-Batterien

Im Vergleich zu anderen Batterien, wie z. B. Alkalibatterien, weisen Lithium-Batterien folgende Eigenschaften auf

1. Geringes Gewicht und hohe Spannung

Während Alkalibatterien eine Nennspannung von 1,5 V haben, weist der häufiger verwendete Mangandioxid-Typ eine höhere Nennspannung von 3 V auf. Das geringe Gewicht, die hohe Spannung, die hohe Energiedichte und die Möglichkeit, die Anzahl der benötigten Batterien von zwei oder mehr auf nur eine zu reduzieren, bedeuten, dass sie in kleineren Geräten verwendet werden können.

2. Geringe Selbstentladung und lange Lebensdauer

Die Kathode einer Lithium-Batterie ist ein chemisch stabiles Material, das sich nicht so leicht zersetzt und auch nach 10 Jahren Lagerung noch mehr als 90 % seiner Kapazität beibehalten kann.

Außerdem zeigt ein Vergleich der Lebensdauer von Batterien in Geräten, die relativ viel Strom benötigen (z. B. Fotoausrüstung), dass Lithium-Batterien etwa doppelt so lange halten wie Alkali-Trockenbatterien. Lithium-Batterien sind zwar teurer als Trockenbatterien, aber die Häufigkeit des Batteriewechsels ist geringer, was sich bei Geräten mit hohem Stromverbrauch vorteilhaft auf die Gesamtkosten auswirken kann.

Bei Geräten mit geringem Stromverbrauch, wie z. B. Taschenrechnern und TV-Fernbedienungen, ist der Unterschied in der Lebensdauer zwischen Lithiumbatterien und Trockenbatterien jedoch gering und es gibt keinen Vorteil.

3. Breiter Temperaturbereich

Da der Elektrolyt in Alkalibatterien, wie den weit verbreiteten Trockenbatterien, eine wässrige Lösung ist, nimmt die Reaktionsaktivität bei niedrigen Temperaturen ab, und wenn der Elektrolyt gefriert, funktioniert die Batterie nicht mehr. Aus diesem Grund liegt der empfohlene Betriebstemperaturbereich für Alkalibatterien bei 5°C - 45°C.

Lithium-Batterien hingegen verwenden einen organischen Elektrolyten und haben einen sehr niedrigen Gefrierpunkt. Sie sind auch bei hohen Temperaturen relativ stabil, so dass die Energie über einen großen Temperaturbereich entnommen werden kann. Der Betriebstemperaturbereich für normale Produkte wird mit -30 bis 70 °C angegeben, für hitzebeständige Typen mit -40 bis 125 °C.

Aufgrund dieser Eigenschaften werden sie als Stromquelle für Geräte beim Schneebergsteigen, für Foto- und Videokameras usw. verwendet.

Arten von Lithium-Batterien

Lithium-Batterien sind im Allgemeinen Primärbatterien, die weder geladen noch entladen werden können, aber es gibt auch wiederaufladbare Lithium-Batterien. In diesem Abschnitt werden die einzelnen Typen vorgestellt.

Primäre Lithium-Batterien

Die im Handel erhältlichen primären Lithium-Batterien lassen sich nach ihrer Form in drei Typen einteilen: zylindrische Lithium-Batterien, münzförmige Lithium-Batterien und stiftförmige Lithium-Batterien.

1. Zylindrische Lithium-Batterien
Zylindrische Lithium-Batterien zeichnen sich durch eine geringe Selbstentladung und eine hohe Leistungsabgabe aus. Als Kathodenmaterial wird hauptsächlich Graphitfluorid oder Mangandioxid verwendet, die beide eine Nennausgangsspannung von 3 V haben. Graphitfluorid hat eine ausgezeichnete Langzeithaltbarkeit und wird als Stromquelle in intelligenten Zählern für Gas und Wasser verwendet. Mangandioxid eignet sich für die Versorgung mit großen Strömen und wird in fotografischen Geräten wie Kameras verwendet. Lithium-Batterien mit Eisensulfid als positivem Elektrodenmaterial haben eine Ausgangsspannung von etwa 1,5 V und werden als Ersatz für AA- und AAA-Batterien verkauft.

2. Münzförmige Lithium-Batterien
Das positive Elektrodenmaterial von Lithium-Batterien in Münzform ist Graphitfluorid oder Mangandioxid. Sie zeichnen sich durch ihre geringe Dicke und Kompaktheit aus und werden als Reservestromquelle für Speicher- und Uhrfunktionen in Elektro- und Informationsgeräten verwendet. Sie werden auch in schlüssellosen Zugangssystemen für Autos und in ultrakompakten Leuchten verwendet.

3. Lithium-Batterien in Stiftform
Lithium-Batterien in Stiftform sind lang, dünn und kompakt, und das Material der positiven Elektrode ist Graphitfluorid. Ihre Hauptanwendungen sind elektrische Schwimmer für die Fischerei und kleine Funksender.

Wiederaufladbare Lithium-Batterien

Während gewöhnliche Lithium-Batterien Primärbatterien sind, die nicht wieder aufgeladen werden können, gibt es auch Lithium-Sekundärbatterien, die wieder aufgeladen werden können, indem Verbindungen wie Vanadium oder Titan als positive Elektrode und Lithium-Metall oder Lithium-Verbindungen oder -Legierungen wie Aluminium oder Titan als negative Elektrode verwendet werden, und die die Form einer Münze haben.

Sie verfügen nicht nur über die gleichen hervorragenden Eigenschaften wie primäre Lithium-Batterien, sondern auch über hervorragende Lade-Entlade-Zykluseigenschaften. Sie eignen sich für Geräte, bei denen Lithium-Batterien nicht auf halber Strecke ausgetauscht werden wollen oder können. Beispiele für die Verwendung sind solarbetriebene Uhren und Notstromversorgungen für Armbanduhren.