Lithium-Ionen-Batterien: 6 Prinzipien gegen Leistungsverlust

Lithium-Ionen-Batterien sind ein wesentlicher Bestandteil unseres modernen Lebens, von Smartphones bis hin zu Elektroautos. Mit der Zeit zeigen sie jedoch Leistungseinbußen wie reduzierte Kapazität, geringere Entladeströme und erhöhte Wärmeentwicklung.

Diese Verschlechterung ist nicht einfach nur "Alterung", sondern das Ergebnis komplexer chemischer Veränderungen in den Elektrodenmaterialien und einer Beeinträchtigung der Ionenbewegung.

Um die Lebensdauer von Lithium-Ionen-Batterien zu verlängern und ihre Stabilität während des Betriebs zu gewährleisten, ist es wichtig, die zugrunde liegenden Prinzipien und Nutzungsgewohnheiten zu verstehen.

Dieser Artikel stellt sechs praktische Grundsätze vor, die dazu beitragen, den Leistungsverlust von Lithium-Ionen-Batterien zu minimieren.

1. Ausgleich zwischen Ladespannung und periodischem vollständigen Entladen

Die Elektrodenmaterialien innerhalb einer Lithium-Ionen-Batterie expandieren und kontrahieren periodisch im Zuge der Bewegung von Lithium-Ionen.

Dabei kommt es allmählich zu einer Zerstörung der Elektrodenstruktur, und zwischen den Oxidmaterialien der positiven Elektrode und dem Kohlenstoffgitter der negativen Elektrode bilden sich Verunreinigungsfilme. Diese Filme behindern die Bewegung der Lithium-Ionen und führen zu einer Kapazitätsminderung.

Daher beschleunigen überhöhte Ladespannungen oder häufige vollständige Entladungen die strukturellen Schäden.

Der stabilste Bereich liegt bei einem Ladezustand zwischen 20 % und 80 %. Insbesondere das längere Aufrechterhalten eines bestimmten Ladezustands führt zu einer unausgewogenen Ionenbewegung.

2. Vermeidung von Langzeitlagerung in Hochtemperaturbereichen

Wenn eine Batterie längere Zeit Temperaturen über 45 Grad Celsius ausgesetzt ist, zersetzt sich der Elektrolyt, wodurch Nebenprodukte entstehen, die sich zwischen den positiven und negativen Elektroden ablagern.

Dieses Phänomen steht in engem Zusammenhang mit der beschleunigten Oxidationsreaktion bei hohen Temperaturen. Insbesondere im Sommer, wenn ein Auto in der prallen Sonne steht, kann die Temperatur im Innenraum auf über 60 Grad Celsius ansteigen.

In diesem Fall steigt der Innendruck der Batterie, und die Zersetzungsrate des Elektrolyten nimmt exponentiell zu. Für die Lagerung ist eine kühle Umgebung zwischen 15 und 25 Grad Celsius ideal. Bei Langzeitlagerung sollte ein Ladezustand von etwa 40 % aufrechterhalten werden.

Die Lagerung in vollständig geladenem Zustand bei hohen Temperaturen kann die Kapazitätsminderung um ein Dreifaches beschleunigen.

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