elektroauto-tipp.de

FAHRZEUG-LISTE  ·  HERSTELLER-LISTE  ·  ELEKTROAUTO-HÄNDLER
  Ihr Benutzerkonto  ·  Gästebuch  ·  Forum  ·  Suche  ·  Downloads  ·  Veranstaltungskalender
Link-Datenbank  ·  Kleinanzeigen  ·  Bilder  ·  Impressum  ·  Kontakt
  Login oder registrieren

  Inhalt
icon_home.gif Home
icon_poll.gif Batterien
petitrond.gif Grundlagen
petitrond.gif Lithium-Ion
petitrond.gif Nickel-MeH
petitrond.gif Nickel-Cadmium
petitrond.gif Blei-Säure
petitrond.gif weitere Batterien
petitrond.gif für EV / HEV
petitrond.gif Batteriegeschichte
petitrond.gif Parameter
petitrond.gif Spezialbatterien
petitrond.gif Akku-Rückruf
petitrond.gif Akku-Pflege
icon_poll.gif Elektroautos
petitrond.gif Fahrzeugliste
petitrond.gif Herstellerliste
petitrond.gif Händlerliste
petitrond.gif Fahrberichte
petitrond.gif EV / HEV Kaufen
petitrond.gif EV Geschichte
petitrond.gif Antriebstechnik
petitrond.gif Hybridtechnik
petitrond.gif Artikelsammlung
icon_poll.gif Brennstoffzellen
petitrond.gif Grundlagen
petitrond.gif Typen
petitrond.gif Geschichte
petitrond.gif BZ-Liste
petitrond.gif BZ Deutschland
petitrond.gif BZ Japan
petitrond.gif BZ UK
newspaper.gif Allgemeines
petitrond.gif Buchempfehlungen
petitrond.gif Bildersammlung

Lithium Batterie



Batteriechemie

 

Batteriechemie der sekundären Lithium Batterie

Der kommerzielle Durchbruch der wiederaufladbaren Lithium-Batterie kam erst mit Lithium-Ion-Batterien in denen vollständig auf den Einsatz von metallischem Lithium verzichtet wurde. Anstelle des metallischen Lithiums werden Lithium-Ion Einlagerungsverbindungen verwendet, wie z.B. Graphite, Übergangsmetalloxide oder mit Lithium Legierungen bildende Metalle. Zum Aufbau einer Lithium-Ion Zelle sind prinzipiell sehr viele Kombinationen von Einlagerungsverbindungen denkbar und viele wurden auch untersucht. Mit der Forderung nach ausreichender Formstabilität der Elektroden und hohen Werten für Energiedichte, Zellspannung, Zyklenzahl haben bisher nur Systeme basierend auf Graphiten und dotierten bzw. gemischten Oxiden vom Typ LiMO2 (M=Co, Ni, Mn, Al ...) weite Verbreitung gefunden.

Anode (Negative Elektroden)
Graphit
Graphit ist die bei Raumtemperatur stabile Konfiguration des Kohlenstoffes und kristallisiert in einem Schichtgitter. Es liegen parallel verlaufende ebene Schichten, die "Basalebenen" oder "Graphen-Schichten", vor. Eine Schicht besteht aus kovalent verknüpften Sechsecken, deren Kohlenstoff-Atome sp2-hybridisiert sind.
Bei der elektrochemischen Interkalation von Lithium-Ionen in dem Graphit schieben sich die Ionen in die van-de-Waals Lücken zwischen den C-Schichten und erweitern den Schichtabstand. Maximal ein Lithium-Ion auf 6 C-Atome lässt sich in hochgeordnetem Graphit interkalieren. Damit ergibt sich bei der Ein- und Auslagerung von Lithium nur eine Struktur- und Volumenänderung von ca. 10%. Damit lassen sich etwa 1000 Zyklen erreichen. Für den Graphit ergibt sich eine theoretische Kapazität von 378 mAh/g.

Legierungen
Legierungen stellen sehr interessante Elektrodenmaterialien dar, da das Lithium als Ion in den Legierungen vorliegt, wodurch die Packungsdichte von Lithium in seinen Legierungen (LixM) wie z.B. LiAl oder Li22Sn5 vergleichbar und gelegentlich sogar größer sein als im metallischen Lithium, so dass viele Lithiumlegierungen dem metallischen Lithium äquivalente Ladungsdichten besitzen.
Diese Legierungen erfahren allerdings während der Ein- und Auslagerung von Lithium eine beträchtliche Struktur- und Volumenänderung von ca. 100 - 300%. Durch diese mechanische Beanspruchung weisen sie eine geringe Zyklenbeständigkeit auf.

Kathode (Positive Elektroden)

Die positiven Elektrodenmaterialien die die Funktion einer Lithiumquelle bei der Ladung übernehmen, sollten über ein hohes Redoxpotential für die reversible Lithiumabgabe verfügen womit sich hohe Zellspannungen realisieren lassen.

LiCoO2

Lithiiertes Cobaltoxid (Schichtstruktur) ist das zur Zeit am häufigsten eingesetzte Kathodenmaterial für Konsumeranwendungen. Es besitzt eine sehr gute Speicherkapazität für Lithium-Ionen (150-160 mAh/g), gute chemische Stabilität, gute elektrochemische Reversibilität (hohe Zyklenzahlen) aber im Vergleich zu anderen Oxiden deutlich höhere Kosten, womit sich eine Anwendung im automotiven Bereich aus Kostengründen verbietet.

Li(Ni0,85Co0,1Al0,05)O2

Dieses lithiierte Mischoxid (Schichtstruktur) zeigt ähnlich gute Eigenschaften wie Cobaltoxid (160-190 mAh/g) aber verbunden mit deutlich geringeren Kosten. Damit ist ein Einsatz im automotiven Bereich zumindest für Prototypen akzeptabel.

Li(Ni1/3Co1/3Mn1/3)O2

Dieses Material (Schichtstruktur) lässt sich auf zwei unterschiedliche Spannungsniveaus laden. Geladen zum höheren Spannungsniveau zeigt es excellente Speicherkapazität (160-200 mAh/g) bei relativ niedrigen Kosten pro kWh aber auch Degradationserscheinungen durch Auflösung des Mangans. Wird dieses Material nur auf das geringere Spannungsniveau geladen, zeigt es diese Degradationserscheinung zwar nicht, ist dann aber auf die kWh bezogen wieder teurer.

LiMnO2

Auf Grund seiner Spinellstruktur ist das Lithiummanganoxid deutlich stabiler als Cobaltoxid und Cobaltnickeloxide. Im geladenen Zustand enthält es keinen oder nur einen sehr geringen Überschuß an Lithium, wodurch die Möglichkeit der Abscheidung von metallischem Lithium auf der Anodenseite unterdrückt ist. Des Weiteren findet die thermische Zersetzung bei höheren Temperaturen als bei den Co- und CoNi-Oxiden statt. Obwohl dieses Material eine geringere Speicherdichte besitzt (100 mAh/g) ist es mit seinen geringeren Kosten pro kWh ein geeignetes Kathodenmaterial, wenn es gelingt die Mn-Auflösung zu unterbinden.

LiFePO4

Lithiumeisenphosphat (Olivin-Struktur) wird bereits erfolgreich als Kathodenmaterial verwendet (140-160 mAh/g). Es ist deutlich preiswerter, zeigt ein geringeres elektrochemisches Potential (geringere Oxidation des flüssigen organischen Elektrolyten) und eine bessere thermische Stabilität, speziell bei höheren Temperaturen (kein thermal runaway).

MATERIALKOSTEN:

€ / kg
€ / kWh
LiCoO2
20-30
41-54
Li(Ni0,85Co0,1Al0,05)O2
20-22
ca. 36
Li(Ni1/3Co1/3Mn1/3)O2
16-18
ca. 40 (22)*
LiMnO2
6-7
ca. 18
LiFePO4
11-15
ca. 35

* erstes bzw. zweites Spannungsniveau

Elektrolyt


Lithium Salze in EC, PC, DMC oder Polymerelektrolyten


Funktionsprinzip sekundärer Lithium Batterie Systeme

Aufbau einer wiederaufladbaren Lithium Batterie


Diese Webseite basiert auf pragmaMx 0.1.10.

Firmen- und Produktnamen sind eingetragene Warenzeichen der jeweiligen Hersteller und werden ohne Gewährleistung einer freien Verwendung benutzt.
Alle Logos und Handelsmarken sind Eigentum ihrer gesetzlichen Besitzer. Die Artikel und Kommentare sowie Forenbeiträge sind Eigentum der Autoren, der Rest © 1997 - 2011 by elektroauto-tipp.de

Tags: