Lithium ist mit einer Dichte von 0,534 Gramm pro Kubikzentimeter das leichteste Metall und deshalb ideal für eine leichte Batterie mit hoher Energiedichte.
Die Anode aus metalloxider Zusammensetzung von Lithium mit Kobalt, Phosphat oder Nickel wird durch die mit Graphit beschichtete Kathode komplettiert. Der Elektrolyt der Lithium-Ionen-Batteriezelle ist ein Lösemittel in Form von Ethylen-Carbonat, Propylen-Carbonat oder Dimethyl-Carbonat, das mit Lithiumsalz ergänzt wird. Im Regelfall sind sowohl Anode als auch Kathode ein Teil der Elektrolyte, um eine Reaktion zwischen Elektrode und Elektrolyt zu initiieren.
Die leitfähigen Elektrodenbeschichtungen, die auch als Aktivmaterial bezeichnet werden, lösen die Energieübertragungen zwischen den Elektroden und über den Elektrolyten aus und vervollständigen somit den Zellenkreislauf. Während der ersten Ladevorgänge bildet sich Passivierungsschicht auf der Anodenoberfläche, die Solid Electrolyte Interphase (SEI). Diese ist durchlässig für die Lithium-Ionen, verhindert jedoch eine weitere Korrosion der Anode durch die Elektrolytlösung.
Bei Lithium-Ionen-Batteriezellen muss der Separator einen Porendurchmesser von 1,0 Mikrometer bei gleichzeitig gut verteilter Durchlässigkeit besitzen. Die Wahl des Separators beeinflusst die internen Energieflüsse der Batterie enorm.
Die Stromzufuhr beim Ladevorgang erfolgt durch die dauerhafte Wanderung der Lithiumkationen zwischen den Elektroden.
Die einzelnen Zellen werden im Lithium-Ionen-Akkumulator in Block- oder Modulbauweise kombiniert. Die Blockbauweise stapelt die Zellen abwechselnd zu einem Block und ist ideal für kleine Batteriesysteme mit wenigen Zellen. Die Anordnung ermöglicht Robustheit und Kompaktheit und damit hohe Spannungen in kurzer Zeit. Bei der Modulbauweise werden die einzelnen Zellen in Reihe geschaltet. Sowohl die Ausrichtung wie auch die Anzahl der Zellreihen beeinflussen die Kapazität und die spannungsliefernde Wirkung.
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