Lithiumion-Akku ist nicht gleich Lithiumion-Akku

Anderes Katodenmaterial – andere Eigenschaften

Ein neuer Katodenwerkstoff öffnete die Tür zu einer höheren Belastungsfähigkeit, und der Ersatz von Kobalt senkte zugleich auch die Herstellungskosten. 1996 konnten Wissenschaftler Lithiummanganoxid (LiMn2O4) erfolgreich als Katodenwerkstoff einsetzen. Dieses Material bildet eine dreidimensionale Spinellstruktur – ein kubisch dichtest gepacktes Sauerstoffionengitter für kristalline Minerale der Formel A2+(B3+)2(O2-)4, mit A, B = Metallion der angegebenen Wertigkeit. Diese Spinellstruktur hat einen günstigen Einfluss auf den Ionenfluss an der Elektrode. Ein besserer Ionenfluss bewirkt einen geringeren Innenwiderstand und damit eine höhere Belastungsfähigkeit. Gegenüber einem kobaltbasierten Lithiumion-Akku bleibt der Widerstand niedrig, auch nach vielen Lade-/Entlade-Zyklen. Trotzdem altert auch dieser Akkutyp, und seine Lebenszeit unterscheidet sich kaum von der des Kobalttyps. Ein weiterer Vorteil des Lithiummanganoxids ist die hohe Stabilität. Gegenüber dem kobaltbasierten Li-Ion-Akku werden beim manganbasierten Akku geringere Ansprüche an den Sicherheitsschaltkreis gestellt.

Der Schlüssel zu großer Belastungsfähigkeit ist ein geringer Zelleninnenwiderstand. Diese Eigenschaft ist sowohl für das Schnellladen als auch für eine Entladung mit hoher Stromstärke von Vorteil. So kann zum Beispiel ein spinellbasierter Lithiumion- Akku vom Typ 18650 mit 20 bis 30 A entladen werden, ohne dass die Zelle zu warm wird – Lastspitzen von einer Sekunde Länge mit der doppelten Stromstärke sind zulässig. Bei kontinuierlich hoher Belastung würde die Zelle immer wärmer werden; die Zellentemperatur darf jedoch 80 °C nicht übersteigen. Neben Elektrowerkzeugen und medizinischen Geräten eignet sich der manganbasierte Lithiumion- Akku auch für Hybridfahrzeuge. Die Herstellungskosten müssen jedoch noch weiter gesenkt und die Lebensdauer erhöht werden, bevor dieser Akkutyp für den Antrieb von Automobilen in Betracht kommt.

Der Lithiumion-Akku mit Lithiummanganoxid- Katode kann durchaus mit Vorteilen aufwarten. Sein schwerwiegendster Nachteil ist die niedrigere Kapazität im Vergleich zu kobaltbasierten Li-Ion-Akkus. Eine manganbasierte Li-Ion-Zelle stellt im 18650-Gehäuse rund 1200 mAh zur Verfügung, also etwa die Hälfte eines Kobalt-Äquivalents. Dennoch bietet ein manganbasierter Li-Ion-Akku eine Energiedichte, die etwa 50 % höher ist als die des Nickel-Äquivalents.

1. Lithiumion-Akku ist nicht gleich Lithiumion-Akku
2. Literatur:
3. Lithiumion-Akku ist nicht gleich Lithiumion-Akku
4. Anderes Katodenmaterial – andere Eigenschaften