Lithium-Ionen-Akkumulator: Unterschied zwischen den Versionen

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[[Datei:NMC-Akku Separator.png|mini|NMC-Akku Separator: mikroporöse Polymer-Membran]]
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Lithium-Akkus sind üblicherweise in Schichtform aufgebaut, die Elektrodenmaterialien werden beidseitig auf eine Metall-Folie aufgetragen, zwischen Anoden- und Kathodenfolie kommt noch eine dritte Folie, der Separator. Diesen Folienstapel kann man dann schneiden, wickeln oder falten.
Lithium-Akkus sind üblicherweise in Schichtform aufgebaut, die Elektrodenmaterialien werden beidseitig auf eine Metall-Folie aufgetragen, zwischen Anoden- und Kathodenfolie kommt noch eine dritte Folie, der Separator. Diesen Folienstapel kann man dann schneiden, wickeln oder falten.
# Anodenrezeptur (Minuspol, Anode beim Entladen)
#* Aktivmaterial: Graphit (90 Gew.-%)
#* Leitruß: nanomikroskopischer Kohlenstoff, z.B. Super P® (5 Gew.-%)
#* Lösungsmittel: Entionisiertes Wasser
#* Binder: CMC (3 Gew.-%)
#* Additiv: SBR (2 Gew.-%)
# Kathodenrezeptur (Pluspol, Kathode beim Entladen)
#* Aktivmaterial: Li(NiMnCo)O<sub>2</sub> (90 Gew.-%)
#* Leitruß: nanomikroskopischer Kohlenstoff, z.B. Super P® (5 Gew.-%)
#* Lösungsmittel: N-Methyl-2-pyrrolidon (NMP)
#* Binder: PVDF (5 Gew.-%)
== Herstellung ==
== Herstellung ==
Die Herstellung der Akkupacks umfasst die drei Hauptprozesse Elektrodenfertigung, Zell-Assemblierung und Zell-Finishing.<ref name="RWTH">PRODUKTIONSPROZESS EINER LITHIUM-IONEN-BATTERIEZELLE https://www.pem.rwth-aachen.de/global/show_document.asp?id=aaaaaaaaabcgujq (abgerufen am 20.05.2024)</ref>
Die Herstellung der Akkupacks umfasst die drei Hauptprozesse Elektrodenfertigung, Zell-Assemblierung und Zell-Finishing.<ref name="RWTH">PRODUKTIONSPROZESS EINER LITHIUM-IONEN-BATTERIEZELLE https://www.pem.rwth-aachen.de/global/show_document.asp?id=aaaaaaaaabcgujq (abgerufen am 20.05.2024)</ref>

Version vom 20. Mai 2024, 13:33 Uhr

Lithium, Normalpotential -3,04 V

In Lithium-Ionen-Akkumulatoren basieren alle elektrochemischen Vorgänge auf der Basis von Lithium-Verbindungen. Die meisten der heute auf den Markt gebrachten lithiumbasierten Akkumulatoren enthalten Lithium-Nickel-Mangan-Cobalt-Oxide (NMC-Akkumulatoren ). Die Zelle kann einen flüssigen Elektrolyten enthalten oder als Lithium-Polymer-Akkumulator ausgeführt sein. Die resultierende Zellspannung hängt vom Kathodenmaterial ab.[1]

Bei Akku-Packs kleiner und mittlerer Baugröße ist meist eine Batteriemanagement-Elektronik (BMS, mindestens Über- und Entladungsschutz) integriert. Ohne ein BMS sind die Akkus praktisch unbrauchbar.

Die häufigste Variante aufgrund des Elektrodenmaterials sind die auf Lithium-Nickel-Mangan-Cobalt-Oxiden basierenden NMC-Akkumulatoren, weitere Varianten existieren aufgrund verschiedener Elektrolyte: die Zelle kann einen flüssigen Elektrolyten enthalten oder als Lithium-Polymer-Akkumulator ausgeführt sein. Bei letzteren sind die sogenannten „Pouch“-Bauformen besonders weit verbreitet.[2]

Aufbau

NMC-Akku Minuspol: Paste mit 90% Graphit auf Kupferfolie
NMC-Akku Pluspol: Paste mit 90% NMC auf Aluminiumfolie
NMC-Akku Separator: mikroporöse Polymer-Membran

Lithium-Akkus sind üblicherweise in Schichtform aufgebaut, die Elektrodenmaterialien werden beidseitig auf eine Metall-Folie aufgetragen, zwischen Anoden- und Kathodenfolie kommt noch eine dritte Folie, der Separator. Diesen Folienstapel kann man dann schneiden, wickeln oder falten.

  1. Anodenrezeptur (Minuspol, Anode beim Entladen)
    • Aktivmaterial: Graphit (90 Gew.-%)
    • Leitruß: nanomikroskopischer Kohlenstoff, z.B. Super P® (5 Gew.-%)
    • Lösungsmittel: Entionisiertes Wasser
    • Binder: CMC (3 Gew.-%)
    • Additiv: SBR (2 Gew.-%)
  2. Kathodenrezeptur (Pluspol, Kathode beim Entladen)
    • Aktivmaterial: Li(NiMnCo)O2 (90 Gew.-%)
    • Leitruß: nanomikroskopischer Kohlenstoff, z.B. Super P® (5 Gew.-%)
    • Lösungsmittel: N-Methyl-2-pyrrolidon (NMP)
    • Binder: PVDF (5 Gew.-%)

Herstellung

Die Herstellung der Akkupacks umfasst die drei Hauptprozesse Elektrodenfertigung, Zell-Assemblierung und Zell-Finishing.[3]

  1. Elektrodenfertigung
    • Mischen
    • Beschichten
    • Kalandern/Slitting
    • Trocknen
  2. Zell-Assemblierung
    • Vereinzeln
    • Stapeln bzw. Wickeln
    • Verpacken
    • Elektrolytbefüllung
  3. Zell-Finishing
    • Formierung
    • Entgasung/Reifung/Test

NMC-Akkumulatoren

Lithium-Nickel-Mangan-Cobalt-Oxide, abgekürzt als Li-NMC, LNMC, NMC oder NCM bezeichnet, sind Mischoxide des Lithiums, Nickels, Mangans und des Cobalts. Sie haben die allgemeine Formel LiaNixMnyCozO2. Die wichtigsten Vertreter haben eine Zusammensetzung mit x + y + z = 1, sie zählen heute zu den wichtigsten Speichermaterialien für Lithiumionen.[4]

NMC-Varianten
Variante Verhältnisformel Einschätzung
NMC111 oder NMC333 NMC111.png längst überholt
NMC532 NMC532.png gilt als überholt
NMC622 NMC622.png aktueller Stand der Technik
NMC811 NMC811.png kommendes Elektrodenmaterial

Laden und Entladen

Lithium-Ionen-Akkumulator Laden
Lithium-Ionen-Akkumulator Entladen

Pluspol (positive Elektrode)

NMC-Akku Kathodenreaktion.png (1)


Minuspol (negative Elektrode)

NMC-Akku Anodenreaktion.png (2)



Einzelnachweise

  1. ↑ Lithium-Ionen-Akkumulator https://de.wikipedia.org/wiki/Lithium-Ionen-Akkumulator (abgerufen am 18.05.2024)
  2. ↑ Lithium-Polymer-Akkumulator https://de.wikipedia.org/wiki/Lithium-Polymer-Akkumulator (abgerufen am 18.05.2024)
  3. ↑ PRODUKTIONSPROZESS EINER LITHIUM-IONEN-BATTERIEZELLE https://www.pem.rwth-aachen.de/global/show_document.asp?id=aaaaaaaaabcgujq (abgerufen am 20.05.2024)
  4. ↑ Lithium-Nickel-Mangan-Cobalt-Oxide https://de.wikipedia.org/wiki/Lithium-Nickel-Mangan-Cobalt-Oxide (abgerufen am 19.05.2024)
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