Lithiumbatterie

Enzyklopädie der Batterien

Primäre Lithiumbatterie (nicht wiederaufladbar)

Auch "nicht aufladbare" Lithiumbatterie oder Lithium-Metall Batterie

Eine Lithiumbatterie oder Lithium-Metall Batterie ist eine elektrochemische Primärzelle, bei der Lithium-Metall als aktives Material in der negativen Elektrode verwendet wird. Die primäre Lithiumbatterie ist nicht aufladbar, kann aber wegen ihrer relativ hohen Zellspannung (Standardpotentials von circa −3 Volt) und hohen Kapazität des Lithium-Metalls (theor. spez. Kapazität beträgt ca.  4 Ah/g) viel Energie speichern.

Primäre-Lithiumbatterie---Einweg-Lithiumbatterie---Lithium-Metall-batterie

Typische kommerzielle Lithiumbatterien

Typisches Beispiel ist die Lithiumbatterie-Knopfzelle, die in Uhren und Taschenrechner verwendet wird. Weit verbreitet sind auch die AA-Lithiumbatterien, die beim Kauf von elektronischen Geräten mitgeliefert werden

Lithiumbatterie ist NICHT eine Lithium-Ionen Batterie!

Die primäre Lithiumbatterie ist nicht zu verwechseln mit der sekundären aufladbaren Lithium-Ionen-Batterie (Lithium-Ionen-Akkumulator), die in Notebooks, mobilen Telefonen und elektrischen Fahrzeugen wie Tesla oder VW verwendet werden.

In Primärzellen wird Lithium-Metall als Anode verwendet, welches eine sehr hohe Kapazität und Energiedichte aufweist. In wiederaufladbaren Batterien wird metallisches Lithium bislang kaum verwendet, denn beim Aufladen der Batterie besteht die Gefahr, dass sich das Lithium nicht gleichmässig auf der Anode wieder aufgenommen wird, sondern in Form von stacheligen Gebilden (Dendriten) wächst. Diese können durch den dünnen Batterie-Separator stechen und einen Kurzschluss auslösen. Diese spitzen Dendriten können sich zudem von der Lithium-Metall-Elektrode ablösen, wodurch die Batterie an Kapazität verliert

Abgrenzung Lithiumbatterie versus Lithium-Ionen Batterie

Die französische Bolloré Group hat unlängst eine sekundäre Batterie mit Lithium-Metall-Anode und einem Polymer-Elektrolyten auf den Markt gebracht. Weltweit arbeiten Forscher und Forscherinnen daran, Lithium-Metall als Anodenmaterial für sekundäre Lithiumbatterie brauchbar zu machen – insbesondere in Kombination mit keramischen Festkörperelektrolyten.

Setzt man in den hier beschriebenen Batterietypen eine Lithium-Metall-Anode ein, handelt es sich streng genommen nicht mehr um Lithium-Ionen-Batterien (LIB), sondern um eine Lithiumbatterie, da in der Lithium-Metall-Anode nicht Lithium-Ionen eingelagert werden (Interkalation), sondern Lithium-Ionen zu metallischem Lithium reduziert werden und das Lithium-Metall auf der Anodenoberfläche abgesondert wird.

Typen von primären Lithiumbatterien

Primäre Lithiumbatterien mit festen Kathoden

Das Lithium-Metall in der Lithiumbatterie kann mit verschiedenen Kathodenmaterialien kombiniert werden – wobei sich verschieden Typen von Lithiumbatterien ergeben, die auf dem Markt erhältlich sind:

  • Lithium-Mangandioxid-Batterie “Li-Mn” (LiMnO2): Der häufigste Typ im Markt. Verwendet in elektronischen Konsumgütern. Verwendet bedenkliche Stoffe Lithiumperchlorat als Elektrolyt und 1,2-Dimethoxyethane als organisches Lösungsmittel (Lösemittel).
  • Lithium-Eisensulfid-Batterie (LiFeS2): Allgemeine Anwendung elektronische Geräte. Aufgrund der gleichen Zellspannung von 1,5 V direkter Ersatz von Alkali-Mangan-Zellen in üblichen Baugrössen wie Mignon (AA, IEC FR6) und Mikro (AAA, IEC FR03).
  • Lithium-Iod-Batterie (LiI2): Anwendung zur Stromversorgung von Herzschrittmachern.
  • Silberoxid und Vanadium-Pentoxid (SVO): Gebraucht in medizinischen Produkten wie implantierbare Defibrillatoren oder Neurostimulatoren.
  • Lithium-Silberchromat (Li-Ag2CrO4): Verwendet in Herzschrittmachern.
  • Lithium-Kohlenstoffmonofluorid-Batterie (Li(CF)n): Anwendung z.B. in Herzschrittmacher.
Primäre-Lithiumbatterie---Einweg-Lithiumbatterie---Lithium-Metall-batterie

Primäre Lithiumbatterien mit flüssigen Kathoden

  • Lithium-Schwefeldioxid-Batterie (Li-SO2): ca. 3.0 militärischen Anwendungen
  • Lithium-Thionylchlorid-Batterie (Li-SOCl2): ca. 3.6 V für militärischen Anwendungen und in der Industrie und in der Sicherheitstechnik. Auch für  Fernsensoren, Stromzähler, Wasserzähler, Gaszähler, automatische Ablesegeräte Sicherheits-/Alarmanlagen
    und Tracking-Geräte
  • Lithium-Sulfurylchlorid-Batterie (Li-SO2Cl2): ca. 3.6 V: Ähnlich wie Thionylchlorid, jedoch korrosiver. Rechtliche Aspekte relevant

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