Litium Ion Batteri

Vigtig:
Elektrodernes type og sammensætning bestemmer batteriets spændingsniveau og elektriske egenskaber. I princippet gælder dog følgende: jo mere ensartet og ren den kemiske sammensætning, jo højere er cellens ydeevne og levetid.

En vandfri elektrolyt (5), der tjener som et transportmedium, er placeret mellem elektronerne, så lithiumionerne kan bevæge sig frem og tilbage i cellen som ladningsbærere. Forskellige salte anvendes, såsom lithiumhexafluorphosphat eller lithiumtetrafluorborat, der er opløst i aprotiske opløsningsmidler, såsom ethylen eller propylencarbonat. Elektrolytten skal være ekstremt ren, så opladnings- og afladningsprocesserne kan køre problemfrit.

For at undgå kortslutning mellem elektroderne adskilles elektroderne med en separator (6). Separatoren består af en mikroporøs polyolefinmembran, der kun er permeabel for de små lithiumioner.

Hvordan fungerer et lithium-ion-batteri?

Funktionaliteten forklares ved hjælp af et almindeligt lithiumcobaltdioxidbatteri.

Opladeren får elektroner til at migrere.

Aflæsningsprocessen

Hvordan oplades et lithium-ion-batteri korrekt?

Enhedsbatterier

Så pæn som den høje energitæthed hos lithium-ion-batterier er, har energidispenserne en stor ulempe: De er ekstremt reaktiveempfindlich auf Überladung und Tiefentladung.

I begge tilfælde ødelægges lithiumbatterierne uopretteligt.

Dette er ikke et problem for indbyggede batterier i smartphones, tablets, notebooks eller endda til trådløse værktøjer. Fordi i de respektive enheder anvendes passende elektronik, der oplader batteriet i overensstemmelse med reglerne og pålideligt beskytter det mod total afladning.

For at sikre dette skal opladere, der tilhører den respektive enhed, altid bruges.

Enkeltceller

Batteripakker

Opladning

Et lithium-ion-batteri oplades i henhold til strøm og spænding

. Dette betyder, at ladestrømmen ved starten af opladningen (t1) er begrænset til den maksimalt tilladte værdi. Batteriproducenten specificerer, hvor høj opladningsstrømmen kan være. Hurtigt opladende celler kan oplades ved 1 C, 2 C eller endnu højere. 
Værdien "C" refererer altid til batteriets kapacitet. Hvis en maksimal ladestrøm på 2 C er tilladt for et batteri med en kapacitet på 2500 mAh, kan batteriet muligvis oplades med maksimalt 5 A. Selvom det kunne trække en markant højere strøm i begyndelsen af opladningsprocessen.

Når den maksimale opladningsspænding er nået (t2), træder spændingsreguleringen i kraft og forhindrer opladningsspændingen i at stige yderligere. Som et resultat, hvis spændingen forbliver den samme, er opladningsstrømmen altid lavere.

Når strømmen har nået en minimumsværdi (t3), er batteriet fuldt opladet.

Hvor mange opladningscyklusser opnår et lithiumbatteri?

Antallet af anvendelige opladnings- / afladningscyklusser kan være flere hundrede cykler. Hvor mange cyklusser batteriet kan klare i virkeligheden afhænger af mange faktorer:

Batteriets type og kvalitet

Jo renere og højere kvalitet de anvendte stoffer er, jo mere kraftfuld og holdbar er batteriet.

Opbevaringstemperatur og opladningstilstand

Et opladningsniveau på 40 - 60%, når det opbevares et køligt sted, er ideelt. Opbevaring af et fuldt opladet batteri i et varmt miljø forkorter dets levetid drastisk.

Af- og pålæsningsdybde

Et batteri, der kun er 50% afladet og derefter opladet igen, skaber betydeligt flere cyklusser end ved 100% afladning. Det er også fordelagtigt ikke at oplade batteriet fuldt ud eller genoplade det med det samme, hvis kapaciteten reduceres.

Høje strømme

Inden for modelkonstruktion kræves høj opladning og endnu højere udladningsstrømme. De tilknyttede mekaniske og termiske belastninger på cellen har også en meget negativ effekt på antallet af cyklusser.

Hvad betyder tallene 18650 eller 14500?

Hvad er et lithiumpolymerbatteri?

Resume med fordele og ulemper

Lithium-ion-teknologi giver mange fordele, men må også kæmpe med ikke ubetydelige ulemper, som følgende oversigt viser:

Fordele:

• Meget høj energitæthed, som er væsentligt højere end nikkel-metalhydridbatterier.
• Signifikant højere spændingsniveau (3,3 - 3,8 V) sammenlignet med NiMH-batterier (1,2 V).
• Mindre design og lavere vægt sammenlignet med NIMH-batterier med samme kapacitet.
• Høj strømkapacitet og korte opladningstider er ideelle til brug i modelfremstilling eller i trådløse værktøjsmaskiner.
• Lav selvafladning betyder, at den kan bruges længe efter opladning.
• Nye batterier er klar til øjeblikkelig brug og behøver ikke dannes først.
• Der er ingen hukommelseseffekt (reduktion af den anvendelige kapacitet med minimal opladning og afladning).

Ulempe:

• Høj følsomhed overopladning. Egnede opladere skal bruges til opladningsprocessen, som nøjagtigt opretholder slutspændingen.
• Høj følsomhed over for dyb udledning. Applikationen skal have spændingsovervågning for at beskytte batteriet mod at blive afladet for dybt.
• Høj følsomhed over for for høje og for lave temperaturer. Den ideelle driftstemperatur er omkring 20 - 40°C. Ved højere og lavere temperaturer falder ydelsen.
• Lithium er et meget reaktivt og let antændeligt metal, der er svært at slukke i en nødsituation. Reaktionen med vand eller mekanisk beskadigelse genererer en hel del varme, og ud over kaustisk lithiumhydroxid produceres der let brændbart brint.

Med korrekt behandling er lithiumbatterier en sikker og stærk spændingskilde, hvis fordele langt opvejer ulemperne. Dette er også grunden til, at lithiumbatterier er meget populære hos enhedsproducenter. Når man dagligt beskæftiger sig med disse elektricitetssystemer, skal man også være opmærksom på de mulige risici.