Lithium-Ionen-Akku

Q: Welche Gefahren gehen von Lithium-Ionen-Akkus aus?

Durch z. B. mechanische Einwirkungen, Kurzschlüsse, Überladung, Tiefenentladung oder Überhitzung kann es zu einem Thermal Runaway innerhalb des Lithium-Ionen-Akkus kommen, was wiederum zum Brand oder auch Explosion führen kann. Deswegen sollten Lithium-Ionen-Akkus nicht überhitzt oder überladen werden . Schläge, Stöße oder sonstige Beschädigungen am Akku sollen unbedingt vermieden werden.

Q: Warum Lithium-Ionen-Akku nicht vollladen?

Bei vollentladenem bzw. vollgeladenem Lithium-Ionen-Akku entstehen zu hohe Belastungen für die Elektroden. Flaches Laden und Entladen kann hingegen die Lebensdauer signifikant verlängern. Ein Lithium-Ionen-Akku, von dem statt 100 % nur 50 % der maximalen Kapazität entladen und dann wieder geladen wird, kann z. B. mehr als die doppelte Zyklenzahl durchhalten. Mehr dazu hier .

Q: Wie werden Lithium-Ionen-Akkus entsorgt?

Ausgediente Li-Ionen-Akkus sind nicht im Hausabfall, sondern an entsprechenden Sammelstellen zu entsorgen . Die Sammelstellen müssen überall dort verfügbar sein, wo Akkus und Batterien verkauft werden. Diese Vorgehensweise hält Schadstoffe aus der Umwelt fern und reduziert die Brandrisiken. Ausgediente größere Lithium-Ionen-Akkus, z. B. aus E-Bikes, gelten als Industrie-Batterien und werden meistens kostenlos von den Händlern zurückgenommen. Auch ausgewählte kommunale Sammelstellen nehmen Industrie-Batterien kostenfrei zurück.

Ein Lithium-Ionen-Akkumulator, auch Lithium-Ionen-Akku, Lithiumionenakku, Li-Ion-Akku, Lithiumionen-Akku genannt, ist ein auf Lithium-Verbindungen basierender Akkumulator. Hier finden Sie Fakten rund um den Aufbau sowie Vor- und Nachteile von Lithium-Ionen-Akkus. Des Weiteren gibt es Tipps und interessante Informationen zum Thema.

Lithium-Ionen-Akku – Die Vorteile

Ein Lithium-Ionen-Akku ist wiederaufladbar (z. B. im Gegensatz zu Lithium-Batterie).
Ein Li-Ion-Akku hat eine höhere Energiedichte als andere Akku-Typen.
Ein Lithium-Ionen-Akku hält besonders lange, die Lebensdauer beträgt mehrere Jahre.

Die Nachteile & Gefahren

Ein Li-Ion-Akku reagiert nachteilig auf Tiefentladung sowie Überladung und benötigt deswegen elektronische Schutzschaltungen.
Die Lebensdauer ist von der Nutzung und den Lagerungsbedingungen abhängig.
Ein Lithium-Ionen-Akku ist empfindlich gegenüber Überspannungen und Sonnen-, Hitze- und Kälteeinwirkungen.

Lithium-Ionen-Akku
– Fragen & Antworten

Warum werden Lithium-Ionen-Akkus verwendet und wo werden Lithium-Ionen-Akkus verbaut?

Lithium-Ionen-Akkus versorgen moderne elektrische und elektronische Geräte mit besonders hohem Energiebedarf, für die herkömmliche Akkumulatoren zu schwer oder auch zu groß wären. Die Li-Ion-Akkus werden in Smartphones, Notebooks, E-Bikes, Elektro-Autos und Elektro-Werkzeugen verbaut.

Welche Gefahren gehen von Lithium-Ionen-Akkus aus?

Durch z. B. mechanische Einwirkung, Kurzschluss, Überladung, Tiefenentladung oder Überhitzung kann es zu einem Thermal Runaway innerhalb des Akkus kommen, was zum Brand oder auch zur Explosion führen kann. Deswegen sollten Lithium-Ionen-Akkus nicht überhitzt oder überladen werden. Schläge, Stöße oder sonstige Beschädigungen am Akku sollen unbedingt vermieden werden.

Wichtig: Lithium-Ionen-Akkus, die aufgebläht, verformt oder ausgegast sind, einen schmierigen Film oder sonstige äußere Ablagerungen im Bereich der Pole aufweisen, sind beschädigt und sollten keinesfalls weiterverwendet bzw. geöffnet werden.

Warum Lithium-Ionen-Akku nicht vollladen?

Bei vollentladenem bzw. vollgeladenem Akku entstehen zu hohe Belastungen für die Elektroden. Flaches Laden und Entladen kann hingegen die Lebensdauer signifikant verlängern. Ein Lithium-Ionen-Akku, von dem statt 100 % nur 50 % der maximalen Kapazität entladen und dann wieder geladen wird, kann z. B. mehr als die doppelte Zahl an Ladezyklen durchhalten. Mehr dazu hier.

Wie werden Lithium-Ionen-Akkus entsorgt?

Ausgediente Akkus sind nicht im Hausabfall, sondern an entsprechenden Sammelstellen zu entsorgen. Die Sammelstellen müssen überall dort verfügbar sein, wo Akkus und Batterien verkauft werden. Diese Vorgehensweise hält Schadstoffe aus der Umwelt fern und reduziert die Brandrisiken.

Ausgediente größere Akkus, z. B. aus E-Bikes, gelten als Industrie-Batterien und werden meistens kostenlos von den Händlern zurückgenommen. Auch ausgewählte kommunale Sammelstellen nehmen Industrie-Batterien kostenfrei zurück.

Lithium-Ionen-Akku - Der Aufbau

Beim Aufbau von Lithium-Ionnen-Akkus werden folgende Materialien verwendet:

Negative Elektrode (Anode beim Entladen und Kathode beim Laden)

Graphit und verwandte Kohlenstoffe, bei denen eine Interkalation von Lithium stattfindet
nanokristallines, amorphes Silicium
Lithiumtitanate (Verwendung bei Lithiumtitanat-Akkumulatoren)
Zinndioxid

Elektrolyt

Salze wie Lithiumhexafluorophosphat, Lithiumtetrafluorborat oder Lithiumbis(oxalato)borat gelöst in wasserfreien aprotischen Lösungsmitteln wie z. B. Ethylencarbonat, Propylencarbonat, Dimethylcarbonat, Diethylcarbonat oder 1,2-Dimethoxyethan
Polymere aus Polyvinylidenfluorid (PVDF) oder Polyvinylidenfluorid-Hexafluorpropen (PVDF-HFP) im Lithium-Polymer-Akku
Lithiumphosphatnitrid
Lithiumtitanthiophosphat
LISICON

Positive Elektrode (Kathode beim Entladen und Anode beim Laden)

Lithium-Cobalt(III)-oxid und verwandte Schichtverbindungen
Lithium-Nickel-Mangan-Cobalt-Oxide
Lithium-Nickel-Cobalt-Aluminium-Oxid
Spinelle wie das Lithiummanganoxid
Lithiumeisenphosphat im Lithium-Eisenphosphat-Akku

Separator

Polyolefin-Membran ohne und mit nanokeramischer Schicht
High purity alumina (HPA) Separator

Stromableiter

Kupferfolie an der Minuspolseite
Aluminiumfolie an der Pluspolseite

Lithium-Ionen-Akku laden und entladen – Was ist zu beachten?

Lithium-Ionen-Akkus früherer Generationen

Ein Lithium-Ionen-Akku verschlechtert sich sowohl durch Verwendung als auch ohne Benutzung einfach mit der Zeit. Vor allem die Akkus der ersten Generationen hatten eine relativ kurze Lebensdauer. Teilweise konnten schon nach ca. 12 Monaten erhebliche Kapazitätsverluste festgestellt werden. Nach 2 bis 3 Jahren waren so mancher Li-Ion-Akkus bereits komplett unbrauchbar. Dabei war weniger die Zahl der Lade-Entlade-Zyklen, sondern vor allem die Lagerungssituation sowie das Auflade-Niveau ausschlaggebend: je höher die Temperatur und je voller war der Akku geladen, desto eher kam es zum Ausfall.

Moderne Lithium-Ionen-Akkus

Bei modernen Lithium-Ionen-Akkus ist die Lebensdauer erheblich länger, sodass inzwischen vor allem die Zahl der Lade-Entlade-Zyklen entscheidet, wie lange der Li-Ionen-Akku verwendet werden kann.

Die Lade-Entlade-Zyklen

Ein Lade-Entlade-Zyklus bezeichnet vollständige Ladung und Entladung von Akkumulatoren. Die erreichbare Anzahl der Lade-Entlade-Zyklen hängt von der Art und Qualität des Lithium-Ionen-Akkus sowie von der Temperatur und von der Nutzungsart des Akkus ab.

Bei hohen Temperaturen verringert sich die Akku-Haltbarkeit drastisch, weshalb ein Lithium-Ionen-Akku am besten bei Raumtemperatur verwendet werden sollte.
Kälte-Einflüsse bzw. niedrige Temperaturen während des Betriebs sind ebenfalls schädlich.
Flaches Laden und Entladen verbessert die Haltbarkeit überproportional stark. Das bedeutet, dass ein Lithium-Ionen-Akkumulator, von dem statt 100 % nur 50 % der maximalen Kapazität entladen und dann wieder geladen werden, mehr als die doppelte Zahl an Lade-/Entlade-Zyklen durchhalten kann. Der Grund dafür ist, dass bei vollständig entladenem bzw. vollständig geladenem Akku zu hohe Belastungen für die Elektroden entstehen.

Lithium-Ionen-Akku laden:
Tipps für die Verlängerung der Lebensdauer

Umgebungstemperaturen im Minusgrad-Bereich unterhalb von -20 °C sowie sehr hohe Temperaturen insb. oberhalb von +50 °C sollten vermieden werden.
Lagerung der Akkus bzw. der Geräte möglichst in einem Temperaturbereich von 10 - 25 °C. Beispiele für besonders ungünstige Lagerung sind sonnig gelegene Geräteschuppen, Ablageflächen im Auto hinter der Windschutzscheibe und sonnige Stellflächen für E-Bikes.
Vermeidung der vollständigen Ent- und Aufladung des Lithium-Ionen-Akkus. Stattdessen frühzeitig aufladen und nur bis ca. 90 % der maximalen Lademenge.
Nach der Akku-Aufladung das Ladegerät vom Netz trennen, um Lebensdauerverluste durch unnötige Wärmeeinwirkungen zu vermeiden.
Geräte, die mit Akku und mit Netzteil betrieben werden (z. B. Notebooks), sollten bei Netzteilbetrieb stets mit entnommenen Akkus verwendet werden.
Bei längerer Lagerung, z. B. bei der Überwinterung eines Rasenmähers, wird ein Ladestand von ca. 40 - 50 % empfohlen.

Quellen:
Dieser Artikel basiert auf dem Artikel Lithium-Ionen-Akkumulator aus der freien Enzyklopädie Wikipedia und steht unter der GNU-Lizenz für freie Dokumentation. In der Wikipedia ist eine Liste der Autoren verfügbar. Es sind weitere Quellen eingeflossen. Hier ist die Liste: