Was sind die gängigsten Typen von Lithium-Ionen-Batterien?

Lithium-Ionen-Batterien gibt es in allen Formen, Größen und chemischen Zusammensetzungen. Erfahren Sie, wie Sie die richtigen Batterien für Ihren Betrieb auswählen. 

Wir haben bereits über die verschiedenen Arten von Lithium-Ionen-Batterien (Li-Ion) nach Leistungsklassen geschrieben. Wenn Sie also bereits Lithium-Ionen-Batterien verwenden und nach geeigneten Lagerlösungen suchen, wird Ihnen dieser Artikel helfen.

Wenn Sie sich noch in der Phase befinden, in der Sie Lithium-Ionen Batterien zum ersten Mal in Erwägung ziehen, gibt es bei der Auswahl des richtigen Batterietyps für Ihren Betrieb mehr zu beachten als nur die Leistungsklasse. 

Lithium-Ionen Batterien gibt es in einer Vielzahl unterschiedlicher Typen, die sich für nahezu unbegrenzte Anwendungen eignen. Wo fangen Sie an, und wie können Sie sicher sein, dass Sie in die richtige Lösung investieren?

In diesem Artikel gehen wir die sechs gängigsten Typen von Lithium-Ionen Batterien durch, damit Sie sich bei der Wahl der richtigen Energiequelle für Ihren Betrieb sicher sein können

Klicken Sie hier, um Ihr Exemplar unserer vierstufigen Checkliste zur Risikobewertung für Lithium-Ionen Batterien herunterzuladen.

Wie man verschiedene Batterietypen vergleicht

Das Thema Batterien kann schnell zu technisch werden und Lithium-Ionen Batterien sind da keine Ausnahme. Man kann sich sicherlich dafür mal die Zeit nehmen, aber oft möchte man einfach nur wissen, ob eine Batterie für die eigenen Anforderungen geeignet ist oder nicht.

Damit dieser Artikel für Sie so hilfreich wie möglich ist, beginnen wir jeden Vergleich mit einem Abschnitt  “Geeignet für den Einsatz in...” . So sehen Sie auf einen Blick, welche Batterietypen für Ihre Zwecke geeignet sind.

Anschließend vergleichen wir jeden Batterietyp anhand einiger Schlüsselkriterien unter dem Abschnitt "Allgemeine technische Daten". Zu diesen Vergleichspunkten gehören die folgenden:

• Nennspannung — damit ist die Spannung gemeint, für die die Batterie ausgelegt ist. Die tatsächliche Spannung kann aufgrund verschiedener Faktoren ständig schwanken, aber die Nennspannung ist ein stabiler Richtwert für Hersteller und Benutzer gleichermaßen. Bei dieser Spannung arbeitet die Batterie am effizientesten, aber auch am sichersten.
  
  
• Betriebsspannung — Dies ist die elektrische Spannung, die die Batterie für den Betrieb eines Geräts bereitstellen kann. Sie ist sozusagen das Energieniveau oder die Energiequelle der Batterie. Die Betriebsspannung ist in der Regel auf der Batterie selbst angegeben und wird in der Regel in Volt gemessen. Verschiedene Geräte haben unterschiedliche Spannungsanforderungen, daher ist es wichtig, die richtige Batterie für das richtige Gerät zu wählen, um eine optimale Leistung zu gewährleisten.
  
  
• Lebensdauer — Dieser entscheidende Begriff bestimmt die Langlebigkeit und Haltbarkeit einer Batterie. Einfach ausgedrückt, bezieht sich die Lebensdauer auf die Anzahl der Lade- und Entladezyklen, die eine Batterie durchlaufen kann, bevor ihre Leistung nachlässt. Stellen Sie sich eine wiederaufladbare Batterie wie einen Marathonläufer vor. Je mehr Zyklen sie schafft kann, desto länger hält sie. 
  
  
• Thermische Stabilität — Dies bezieht sich auf die Fähigkeit einer Batterie, unterschiedlichen Temperaturbedingungen standzuhalten. Wenn eine Batterie eine hohe thermische Stabilität aufweist, bedeutet dies, dass sie ihre Leistung und Zuverlässigkeit auch bei extremen Temperaturen beibehalten kann. Diese Eigenschaft ist ausschlaggebend dafür, dass eine Batterie während ihrer gesamten Lebensdauer sicher, effizient und langlebig bleibt, und sie ist besonders wichtig für temperaturempfindliche Lithium-Ionen Batterien, um das Risiko des thermischen Durchgehens zu verringern. 
  
  
• Laderate — Dies ist die Geschwindigkeit, mit der eine Batterie geladen werden kann. Wenn man Batterien anhand ihrer Ladegeschwindigkeit vergleicht, bedeutet eine hohe Ladegeschwindigkeit, dass die Batterie schneller geladen werden kann, was die Ausfallzeiten reduziert. Eine niedrige Laderate bedeutet eine langsamere Ladegeschwindigkeit, was zu längeren Ausfall-/Wartezeiten führen kann. 
  
  
• Entladerate — Dies bezieht sich auf die Geschwindigkeit, mit der die gespeicherte Energie freigesetzt wird. Man kann sie sich als die Geschwindigkeit vorstellen, mit der sich die Batterie entlädt. Diese Entladungsrate wird in der Regel in Ampere oder Milliampere gemessen und kann je nach Art der Batterie und der spezifischen Anwendung, für die sie verwendet wird, variieren. Eine hohe Entladungsrate bedeutet, dass die Batterie ihre Energie schnell abgeben kann, was ideal für Geräte ist, die einen plötzlichen Energieschub benötigen. Eine niedrige Entladerate hingegen bedeutet, dass die Energie langsamer freigesetzt wird, was besser für Geräte geeignet ist, die eine gleichmäßige und lang anhaltende Stromversorgung benötigen. 
  
  
• Spezifische Energie — Einfach ausgedrückt, ist dies ein Maß für die Energiedichte einer Batterie. Je höher die spezifische Energie ist, desto mehr Energie kann eine Batterie im Verhältnis zu ihrem Gewicht aufnehmen. Diese Eigenschaft ist ausschlaggebend für die Effizienz und Leistung von Batterien in verschiedenen Anwendungen. Ganz gleich, ob es sich um den Antrieb von Elektrofahrzeugen, tragbaren Geräten oder Systemen für erneuerbare Energien handelt, die spezifische Energie hilft Ihnen, die potenziellen Laufzeiten und die Gesamtfunktionalität der Batterie zu verstehen.

Mehr zur Li-Ion-Terminologie erfahren Sie auch in unserem Glossar.

6 verschiedene Typen von Lithium-Ionen Batterien erklärt

1. Lithium-Eisenphosphat-Batterien (LFP)
   

Geeignet für den Einsatz in...  Elektrofahrzeugen, Solarmodulen,
Wohnmobilen und Wohnwagen, Schiffsbatterien, Drohnen und unterbrechungsfreien Stromversorgungen (USV).

LFP-Batterien, die Lithium-Eisenphosphat (LiFePO4) als Anodenmaterial nutzen, zeichnen sich durch außergewöhnliche Stabilität aus und sind dank ihrer ungiftigen Art besonders sicher.

Diese Batterien haben selbst im vollständig geladenen Zustand eine größere thermische Stabilität als andere Lithium-Ionen-
Batterietypen, die anfällig für Überhitzung und thermisches Durchgehen sind. Aufgrund dieser Vorteile werden LFP- Batterien weit verbreitet eingesetzt.

Darüber hinaus bieten sie eine längere Lebensdauer (drei bis fünf Mal länger als standardmäßige Lithium-Ionen-Batterien) und einen breit gefächerten Betriebsbereich, sodass vollständiges Laden und Entladen nicht mit erheblichen Risiken verbunden ist.

Die Zuverlässigkeit und Langlebigkeit von LFP-Batterien rechtfertigen die höheren Anschaffungskosten, da sie über
viele Jahre hinweg zuverlässig Leistung bereitstellen können.

Allgemeine technische Daten (können abweichen)

• Nennspannung: 3,2 V - 3,3 V
• Betriebsspannung: 2,5 V - 3,65 V
• Lebensdauer: 2.500
• Thermische Stabilität: bis zu 270 °C (und bleibt bei höheren
  Temperaturen stabil)
• Laderate: 1 C, lädt normalerweise bis 3,65 V in 3 Stunden
• Entladerate: 1 C, Abschaltung normalerweise zwischen 2 und 2,5  V
• Spezifische Energie: 90 Wh/kg bis 120 Wh/kg

Empfohlene Emtez-Lagerungslösungen: Feuerbeständige Batterie-Container (nur Batterielagerung), Drive-in Container (speziell für Elektrofahrzeuge mit Batterien geeignet)

2. Lithium-Kobalt-Oxid (LCO) Batterien

Geeignet zur Anwendung in… Smartphones, Digitalkameras, Notebook-Computern, Tablets und vielen anderen tragbaren  elektronischen Geräten.

Der Name dieses Batterietyps resultiert aus der Lithium-Kobalt-
Oxid (LiCoO2) Kathode. Die Anode besteht aus Graphitkohle. Sie zeichnen sich durch ihre hohe Energiedichte aus, sodass diese ideal für kleine Geräte mit hoher Ausgangsleistung sind.

Allerdings haben LCO-Batterien verglichen mit anderen Lithium-Ionen-Typen eine niedrige thermische Stabilität und kürzere Batterielebensdauer, was in anspruchsvollen Umgebungen ein hohes Risiko darstellt.

Verglichen mit einer äquivalenten LFP-Batterie beträgt deren Batteriedauer nur ein Drittel oder Viertel, sodass die Leistung schneller abfällt.

Allgemeine technische Daten (können abweichen)

• Nennspannung: 3,6 V
• Betriebsspannung: 3 V bis 4,2 V
• Lebensdauer: zwischen 500 und 1.000 Zyklen
• Thermische Stabilität: bis zu 150 °C
• Laderate: 0,7 bis 1 C, lädt normalerweise bis 4,2 V in 3 Stunden
• Entladerate: 1 C, Abschaltung bei 2,5 V
• Spezifische Energie: 150 Wh/kg bis 200 Wh/kg

Empfohlene Emtez-Lagerungslösungen: Lithium-Ionen Batterieschränke (kleine Mengen), Feuerbeständige begehbare Einheiten

3. Lithium-Mangan-Oxid (LMO) Batterien

Geeignet zur Anwendung in… tragbaren Elektrowerkzeugen, medizinischen Geräten und Ausrüstung, Hybrid- und  Elektrofahrzeugen sowie elektrischen Motorrädern

LMO-Batterien besitzen eine Lithium-Mangan-Oxid (LiMn2O4) Kathode, welche die Lithium-Ionen-Bewegung optimiert und so die thermische Stabilität und Sicherheit verbessern.

Sie bieten Anpassungsmöglichkeiten mit verschiedenen Spezifikationen, haben eine längere Batteriedauer, schnellere Ladevorgänge oder bessere spezifische Leistung.

Allerdings sind diese durch ihre typische Lebensdauer von 500 Zyklen weniger günstig als
LFP-Batterien.

Allgemeine technische Daten (können abweichen)

• Nennspannung: 3,7 V
• Betriebsspannung: 3 V bis 4,2 V
• Lebensdauer: 300 bis 800 Zyklen
• Thermische Stabilität: bis zu 250 °C.
• Laderate: 0,7 C bis 1 C, max. Laderate 3 C, einzelne
  Zellen laden bis zu 4,2 V
• Entladerate: 1 C. Einige Batterien haben eine Entladerate
  von 10 C und schalten bei 2,5 V ab.
• Spezifische Energie: 100 Wh/kg bis 150 Wh/kg

Empfohlene Emtez-Lagerungslösungen: Lithium-Ionen Batterieschränke (kleine Mengen), Feuerbeständige begehbare Einheiten, Drive-in Container (speziell für Elektrofahrzeuge mit Batterien geeignet)

4. Lithium-Nickel-Mangan-Kobalt-Oxid (NMC  oder Li-NMC) Batterien

Geeignet zur Anwendung in… Elektrofahrzeugen, E-Bikes,  medizinischen Geräten und Elektrowerkzeugen.

NMC-Batterien sind weit verbreitet (an zweiter Stelle nach LFPs) und verfügen über eine Kathode aus Nickel-Mangan-Kobaltoxid (LiNiMnCoO2).

Sie vereinen die Vorzüge von LMO- und LCO-Batterien und bieten gleichzeitig eine längere Lebensdauer. Ihre hohe  Energiedichte ermöglicht kleinere Konstruktionen, sodass diese für tragbare Geräte und Anwendungen geeignet sind, bei denen es auf die Größe ankommt.

NMC-Batterien können von den Herstellern basierend auf Nickel-, Magnesium- und Kobalt-Verhältnissen angepasst werden, aber durch die Seltenheit von Kobalt sind sie teurer.

Obwohl sie preiswerter als LFP-Batterien sind, sind sie verglichen mit LFPs durch eine kürzere Lebensdauer weniger kosteneffizient.

Allgemeine technische Daten (können abweichen)

• Nennspannung: 3,7 V
• Betriebsspannung: 3 V bis 4,2 V
• Lebensdauer: 1.500 Zyklen
• Thermische Stabilität: bis zu 210 °C. Nimmt bei höherem Ladestand ab
• Laderate: 0,7 C bis 1 C, lädt bis zu 4,2 V in 3 Stunden. Höhere
  Ladeströme verkürzen die Batterielebensdauer.
• Entladerate: 1 C, mit einer Abschaltung bei 2,5 V.
• Spezifische Energie: 150 kWh/kg bis 220 kWh/kg

Empfohlene Emtez-Lagerungslösungen: Lithium-Ionen Batterieschränke (kleine Mengen), Feuerbeständige begehbare Einheiten, Drive-in Container (speziell für Elektrofahrzeuge mit Batterien geeignet)

5. Lithiumtitanat (Li2TiO3 oder LTO) Batterien

Geeignet zur Anwendung in… elektrischen Antrieben, medizinischen Geräten, Industriewerkzeugen

LTO-Batterien sind unter den aufgelisteten Batterietypen
besonders einzigartig, da deren Anoden anstelle von Graphit aus Lithiumtitanat (Li2TiO3) bestehen. Sie bieten die längste  Lebensdauer, welche sogar über der von LFP-Batterien liegt, und weisen eine hohe thermische Stabilität auf. Allerdings sind sie bei gleicher Größe durch höhere Kosten, die nahezu das Doppelte
der Kosten von LFP-Batterien ausmachen, und deren niedrigere Energiedichte weniger leistungsstark.

Allgemeine technischen Daten (können abweichen)

• Nennspannung: 2,4 V
• Betriebsspannung: 1,8 V bis 2,85 V
• Lebensdauer: 3.000 bis 7.000 Zyklen
• Thermische Stabilität: 175 °C bis 225 °C
• Laderate: 1 bis 5 C, lädt bis zu 2,85 V
• Entladerate: 10 C, Abschaltung bei 1,8 V
• Spezifische Energie: 50 kWh/kg bis 80 kWh/kg

Empfohlene Emtez-Lagerungslösungen: Lithium-Ionen Batterieschränke (kleine Mengen), Feuerbeständige begehbare Einheiten, Drive-in Container (speziell für Elektrofahrzeuge mit Batterien geeignet)

6. Lithium-Nickel-Kobalt-Aluminiumoxid (NCA) Batterien

Geeignet zur Anwendung in… Elektrofahrzeugen

NCA (LiNiCoAlO2) Batterien ersetzen Mangan durch Aluminium, was eine ausgezeichnete chemische Stabilität und hohe spezifische Energie bietet.

Sie sind ideal für Anwendungen mit mittlerer bis hoher Last über längere Zeiträume geeignet.

Allerdings haben NCA-Batterien eine relativ kurze Lebensdauer, eine schlechte thermische Stabilität und sind sehr teuer, sodass sie unter den aufgelisteten Lithium-Ionen-Batterien die Option mit der geringsten Kosteneffizienz sind.

Allgemeine technischen Daten (können abweichen)

• Nennspannung: 3,6 V
• Betriebsspannung: 3 V bis 4,2 V
• Lebensdauer: 500 Zyklen
• Thermische Stabilität: 150 °C
• Laderate: 0,7 C, lädt biszu 4,2 V
• Entladerate: 1 C, Abschaltung bei 3 V
• Spezifische Energie: 200 kWh/kg bis 260 kWh/kg

Empfohlene Emtez-Lagerungslösungen: Feuerbeständige begehbare Einheiten, Drive-in Container (speziell für Elektrofahrzeuge mit Batterien geeignet)

Gerne beraten wir Sie zur richtigen Batterie für Ihren Betrieb

Falls Sie immer noch unsicher sind, welcher Batterietyp am besten Ihren Anforderungen entspricht, oder wenn Sie weitere Informationen zu den diskutierten Themen wünschen, zögern Sie nicht, sich noch heute an uns zu wenden.

Unsere Forschungs- und Entwicklungsarbeit im Bereich spezieller Lithium-Ionen-Batterien basiert auf tiefgreifendem, fundiertem Wissen über die Funktionsweise dieser Batterietypen. Diese Erkenntnisse fließen nicht nur in das Produktdesign ein, sondern unsere Experten unterstützen auch bei der Definition und Umsetzung von Lithium-Ionen-Richtlinien weltweit. Dadurch fördern wir die Regulierung und den sicheren, verantwortungsbewussten Einsatz von Lithium-Ionen-Batterien.

Bei Fragen stehen wir Ihnen gerne zur Verfügung und unterstützen Sie bei der Auswahl des geeigneten Batterietyps sowie gegebenenfalls der passenden Lagerlösung unter Berücksichtigung von Größe und Volumen. Unser Ziel ist es, die Sicherheit Ihrer Mitarbeiter und Ihres Betriebs zu gewährleisten.

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