Pro Lithium wird sich mit dem Thema Elektro- und Hybridautos befassen und ihre Vorteile, aber auch Nachteile aufzeigen. Da die Benzinpreise steigen, werden diese Autos hinsichtlich ihrer Betriebskosten im Vergleich zu Diesel oder Super bleifrei immer attraktiver.
Abhängig von den Eigenschaften der Batterie wird die Leistung des Fahrzeugs reduziert oder erhöht, wobei die Hauptkriterien sind: Gewicht, Lebensdauer, Reichweite und Leistung.
Wenn man weiß, um welche Batterie es sich handelt, ist es möglich, die Art der Lithiumbatterien zu unterscheiden, aber auch deren Vor- und Nachteile
Type batterie | Densité Energetique | Densité de puissance | Stabilité | Tolérance températures | Durée de vie | Coût | Moyenne |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| (Composant) | Kwh/Kg | Kw/Kg | Fiablité / Sécurité | Résistance Temp / Hum | Années | Kw | Performance |
| LiCoO2 - Dioxyde de Cobalt de Lithium | 8/10
| 4/10
| 4/10
| 6/10
| 4/10
| 6/10
| 5.33/10
|
| NMC - Lithium Nickel Cobalt Manganèse | 8/10
| 6/10
| 6/10
| 6/10
| 6/10
| 6/10
| 6.33/10
|
| LFP - Lithium Fer Phosphate LifePo4 | 4/10
| 8/10
| 8/10
| 8/10
| 8/10
| 8/10
| 7.33/10
|
| NCA - Lithium oxyde d\'Aluminium Nickel Cobalt | 8/10
| 6/10
| 4/10
| 6/10
| 6/10
| 4/10
| 5.66/10
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| LMO - Lithium ion oxyde de manganèse | 6/10
| 6/10
| 6/10
| 4/10
| 4/10
| 6/10
| 5.33/10
|
| LTO - Titanate de Lithium Li4Ti2O12 | 4/10
| 6/10
| 8/10
| 8/10
| 8/10
| 2/10
| 6/10
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Batterietyp Lithium (Chemie)
Kommen wir nun zu den verschiedenen auf dem Markt vorhandenen Technologien: NMC – LFP – LTO – NCA – LiCoO2 – LMO
Unterschiede zwischen Lithium-Ionen und Lithium-Akku?!
Zu den Lithium-Ionen-Batterien zählen wir Lithium-Li-Ionen-Batterien. Es ist genau das gleiche „Li-on=Li+“. Wenn hingegen nur der Name Lithium verwendet wird, handelt es sich um Lithium-Metall-Batterien. Im Jahr 2023 werden wir hauptsächlich Lithium-Ionen-Batterien auf dem Markt verwenden. Lithium befindet sich auf den Ionen, die sich für die Entladung von negativ (-) nach positiv (+) oder umgekehrt von + nach – für die Wiederaufladung durch den Elektrolyten bewegen. Die Ionen befinden sich daher an den Kathoden, der Anode (meistens Graphit) und im Elektrolyten. Beim Übergang von einer Elektrode zur anderen sind im Elektrolyten Ionen vorhanden.
Eine Lithium-Metall-Batterie verfügt über eine neutrale Lithium-Metall-Anode (-) mit 3 Protonen, einem Kern und 3 Elektronen (-) mit Lithiumionen zwischen den Elektroden.
Lithium-Ionen verwenden und werden zu ionisiertem Lithium (Li+), das von positiv nach negativ und umgekehrt übergeht, während Lithiummetall eine Anode (negative Elektrode) hinzufügt und nicht Graphit, wie wir es in Lithium-Ionen finden können
Eine LiCoO2 (LCO/LICO)-Lithium-Kobaltdioxid-Batterie ist eine der ersten Batterien, die auf den Markt kommt und ionisierte Atome mit einer Graphitanode (-) mit übereinanderliegenden Kohlenstoffschichten verwendet. Seine kurze Lebensdauer und das eher langsame Laden machen ihn zu einem weniger interessanten Akku auf dem Markt.
Sein relativ niedriger Anschaffungspreis macht ihn zu einem günstigen Akku, der hauptsächlich in Mobiltelefonen verwendet wird.
Sobald wir auf der positiven Kathodenseite aufgeladen haben, haben wir CoO2-Kobaltdioxid und auf der negativen Kathodenseite hatten wir Lithium-LIC-Graphit.
Die Lebensdauer der Zelle beträgt ca. 800 Zyklen bei einer Spannung von 3,6V – Energiedichte ca. 200Wh/Kg
LifePo4 (LFP)-Batterien sind Lithiumbatterien mit niedrigen Produktionskosten im Vergleich zu den meisten anderen Modellen, die häufig in der Industrie, stationären Batterien, aber zunehmend auch für Automobile von Marken wie Tesla und BYD verwendet werden.
Dabei handelt es sich um Batterien, die problemlos alte Bleibatterien ersetzen.
LFP-Zellen gelten als robust und mögen keine niedrigen Betriebstemperaturen unter 15 °C. Sa stabilité thermique et le fait qu’elle n’utilise pas de cobalt et nickel lui donne un intérêt grandissant pour les utilisateurs de batteries lithium. Die Anzahl der Nutzungszyklen von mehr als 5000 ermöglicht eine lange Lebensdauer.
Der Nachteil ist, dass die Energiedichte etwa 15 % unter dem Durchschnitt liegt und sie daher schwerer und sperriger ist.
Die positive Kathode der Lithium-LFP-LifePo4-Batterie besteht aus Eisenphosphat und die negative Seite aus Graphit (Anode LIC).
Der Lebenszyklus einer LifePo4-Zelle (LFP) kann mehr als 5000 Lade-/Entladezyklen bei einer Spannung pro Zelle von 3,2 V und einer Energiedichte von 100/110 Wh Kg betragen. Ihr thermischer Widerstand kann bis zu 250 °C betragen.
Lithiumbatterien vom Typ NMC (Nickel-Mangan-Kobalt) sind nach wie vor die am weitesten verbreiteten Batterien für Elektroautos auf dem europäischen Markt.
Die chemische Nutzung des Lithium-Ions führt dazu, dass das Elektron auf dem Lithium-Atom positiv wird und ionisiert wird. Positives Ion namens Kation und das Gegenteil eines negativen Ions namens Anion. Auf der positiven Seite „Kathode/Lithium“ haben wir Nickel, Mangan, Kobalt, daher der Name NMC (der Anfangsbuchstabe der drei Materialien).
NMC-Zellen sind sehr effizient und werden daher in Elektro- und Hybridfahrzeugen eingesetzt. Allerdings sind sie gegenüber hohen Temperaturen weniger beständig und werden im Gebrauch leichter instabil. Die Energiedichte ist sehr gut und die erreichbare Zyklenzahl im Leben einer Zelle überdurchschnittlich hoch.
Die positive Seite der Batteriekathode ist geladen, wir haben Nickel, Mangan und Kobalt (NiMnCoO2) und die negative Seite der Anode hatte wir Graphit-Lithium (LIC).
Der Lebenszyklus einer NMC-Zelle kann zwischen 1500 und 2000 Lade– und Entladezyklen bei einer Spannung pro Zelle von 3,6 V und einer Energiedichte von etwa 200 Wh pro kg betragen.
Lithium-Mangan-LiMn204-Batterien (MVO) haben eine Pluspol-Kathode aus Mangan und eine Minuspol-Anode aus Graphit. Wie bei den meisten anderen Lithiumzellen gelangen die Lithiumionen nicht durch die Trennmembran von einer Elektrode zur anderen. Seine thermische Stabilität ermöglicht ein schnelles Aufladen mit einer schnellen Entladung (Ah) und einer stabilen Entladung (ideal für den Einsatz mit hoher Intensität).
Sein Hauptnachteil ist seine begrenzte Lebensdauer.
Sobald Manganbatterien aufgeladen sind, befindet sich auf der positiven Seite (Kathode) Mangan (Mn204) und auf der negativen Seite (Anode) Lithiumgraphit (LIC).
Der Zyklus einer LiMn204 (MVO)-Lithiumzelle beträgt etwa 600 zwischen Lade- und Entladevorgängen für eine 3,6-V-Zelle mit einer Energiedichte von mindestens 140 Wh pro kg. Die Zellen können einer Temperatur von bis zu 250 °C standhalten, was ziemlich hoch ist.
Lithium-NCA-Nickel-, Kobalt- und Aluminiumoxidbatterien, auch LiNiCoAIO2 genannt, sind nicht billig und reagieren empfindlich auf hohe Temperaturen, was für eine begrenzte Lebensdauer ein langsames Laden und Entladen erfordert.
Die sehr gute Energiedichte macht es zu einem Vorteil für seine Verwendung.
Die auf der positiven Kathodenseite geladene Batterie enthält Aluminiumoxid, Nickel und Kobalt, während sich auf der negativen Anodenseite Lithiumgraphit (LIC) befindet.
Der Lebenszyklus einer NCA-Lithiumzelle beträgt etwa 500 Zyklen einschließlich Laden und Entladen bei einer Zellspannung von 3,6 V und einer hohen Energiedichte von 280 Wh pro kg.
NCA-Lithiumzellen halten Temperaturen von bis zu 150 Grad stand.
Lithium-LTO-Batterien (Lithiumtitanat) Li4Ti2012 bestehen auf der Anodenseite (negativ) nicht aus Graphit, was den Brandschutz und die Brandgefahr erhöht. Da kein Graphit vorhanden ist, erhöht sich die Ausbeute um etwa das Zehnfache der Geschwindigkeit der Ladung.
Da sich auf der Anode keine SEI-Schicht bildet, erhöht sich ihre Lebensdauer, da die SEI-Schicht auf Lithium-Ionen-Batterien die Anode blockiert und den Durchgang von Lithium-Ionen verringert
.
Somit können Lithium-Ionen-Ersatzstoffe verwendet werden, die es ermöglichen, die Eigenschaften der Zellen erheblich zu verändern, wie sie auf dem Markt erhältlich sind. MVO oder NMC sind gute Beispiele.
LMP – Lithium-Metall-Polymer-Batterien sind Batterien, deren Elektrolyt in Gelform vorliegt, um die Widerstandsfähigkeit gegenüber Stößen und Vibrationen zu verbessern, die Lithiumbatterien jedoch auf etwa 300 Lade-/Entladezyklen begrenzen.
Der Akku wird bei einer Umgebungstemperatur von mindestens 60 °C bis 80 °C betrieben, um seine Lebensdauer und den ordnungsgemäßen Betrieb aufrechtzuerhalten. Von Autoherstellern wie Autolib schnell aufgegeben, da die Autos ständig angeschlossen sein mussten, um die Batterietemperatur aufrechtzuerhalten.