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Eine Lithium-Batterie ist eine Primärzelle, bei der Lithium als aktives Material in der negativen Elektrode verwendet wird. Sie ist im Gegensatz zum Lithium-Ionen-Akkumulator nicht wieder aufladbar ausgelegt. Letztere werden häufig ebenfalls als Lithiumbatterie bezeichnet.
Inhaltsverzeichnis |
Aufgrund des Standardpotenzials von etwa −3,05 Volt (dem negativsten aller chemischen Elemente) und der daraus realisierbaren hohen Zellspannung sowie der hohen theoretischen Kapazität von 3,86 Ah/g ist Lithium ein „ideales“ negatives Elektrodenmaterial für elektrochemische Zellen.
Die hohe Reaktivität von elementarem Lithium (beispielsweise mit Wasser oder bereits mit feuchter Luft) ist allerdings bei der praktischen Umsetzung problematisch. Deshalb können in Lithium-Batterien ausschließlich nicht wässrige, aprotische Elektrolytlösungen oder Festelektrolyte verwendet werden.
Zur Erhöhung der Leitfähigkeit werden wasserfreie Elektrolytsalze (wie z. B. Lithiumperchlorat LiClO4) zugesetzt. Die Entwicklung von Lithium-Batterien begann bereits in den 1960er Jahren.
Vorteile von Lithium-Batterien gegenüber anderen Primärzellen mit wässrigen Elektrolyten (beispielsweise Alkali-Mangan-Batterie oder Zink-Kohle-Batterie) sind die höhere Energiedichte beziehungsweise die höhere spezifische Energie, die hohe Zellspannung, die sehr lange Lagerfähigkeit aufgrund der geringen Selbstentladung sowie der weite Temperaturbereich für Lagerung und Betrieb.
Lithium-Batterien gibt es in vielen verschiedenen Typen, die sich in Kathode, Elektrolyt und Separator unterscheiden. Sie sind in verschiedenen Bauformen und Größen erhältlich, um ein breites Anwendungsfeld abzudecken.
| Typ | Leerlaufspannung | Typische Lastspannung | Anwendung/Bemerkung |
|---|---|---|---|
| Lithium-Thionylchlorid-Batterie Li − SOCl2 |
3,7 Volt | 3,4 Volt | Anwendungen sind die netzunabhängige Versorgung von Elektronik im militärischen und industriellen Bereich, in der Sicherheitstechnik und in elektronischen Energiezählern und Heizkostenverteilern. |
| Lithium-Mangandioxid-Batterie Li − MnO2 |
3,5…3,0 Volt | 2,9 Volt | Dieser Typ ist weit verbreitet und wird hauptsächlich für Kameras, Uhren und als Backup-Batterie für Speicherschaltkreise eingesetzt. Siehe auch Knopfzelle. Als Wickelzelle für hohe Dauerbelastung und Pulsströme geeignet. Vorteil gegenüber Lithium-Batterien mit flüssiger Kathode (Li − SO2,Li − SOCl2,Li − SO2Cl2) ist die geringere Passivierung der Anode, wodurch Spannungseinbrüche zu Beginn der Belastung ("voltage delay") vermieden werden. |
| Lithium-Schwefeldioxid-Batterie Li − SO2 |
3,0 Volt | 2,7 Volt | Anwendung meist im militärischen Bereich. |
| Lithium-Kohlenstoffmonofluorid-Batterie Li − (CFn) |
3,2…3,0 Volt | 3,1 bis 2,5 Volt | Lithium-Kohlenstoffmonofluorid-Batterien haben etwas höhere Strombelastbarkeit und Kapazität als Lithium-Mangandioxid-Batterien, sind aber teurer. Sie werden daher für Anwendungen verwendet, bei denen Leistung wichtiger als Kosten ist, beispielsweise im medizinischen Bereich. |
| Lithium-Iod-Batterie Li − I2 |
2,8 Volt | 2,795 Volt | Anwendung zur Stromversorgung von Herzschrittmachern. |
| Lithium-Eisensulfid-Batterie Li − FeS2 |
1,8 Volt | 1,5 Volt | Anwendung im Fotobereich. |
| Lithium-Luft-Batterie Li − O2 |
3,4 Volt. |
Lithium-Batterien gibt es auch in Form von Knopfzellen. Die Typenkennzeichnung der verschiedenen Formen sind bei allen Markenherstellern identisch gemäß folgendem Schema:
| Aufbau der Typ-Bezeichnung »CRDDMM«: | ||
|---|---|---|
| CR = Lithium-Zelle Chemische Zusammensetzung |
DD Durchmesser in mm |
MM Höhe in 1/10 mm |
| Beispiel: "CR2354" | ||
| CR Lithium-Zelle | Ø 23 mm | Höhe 5,4 mm |
Geringfügige bauliche Abweichungen können dabei aber vorkommen, so ist beispielsweise der Typ "CR2354" nach IEC-Standard eine abgewandelte Version des JIS-Standards mit einer geringfügigen Absatzstufe am Umfangsrand des Minuspols.
Primärzellen: Alkali-Mangan-Batterie | Lithium-Batterie | Lithium-Eisensulfid-Batterie | Lithium-Mangandioxid-Batterie | Nickel-Oxyhydroxid-Batterie | Quecksilberoxid-Zink-Batterie | Silberoxid-Zink-Batterie | Zink-Braunstein-Zelle | Zinkchlorid-Batterie | Zink-Luft-Batterie
Sekundärzellen: Bleiakkumulator | Natrium-Schwefel-Akkumulator | Nickel-Cadmium-Akkumulator | Nickel-Eisen-Akkumulator | Nickel-Lithium-Akkumulator | Nickel-Metallhydrid-Akkumulator | Nickel-Wasserstoff-Akkumulator | Lithium-Eisen-Phosphat-Akkumulator | Lithium-Ionen-Akkumulator | Lithium-Mangan-Akkumulator | Lithium-Polymer-Akkumulator | Lithium-Titanat-Akkumulator | Vanadium-Redox-Akkumulator | Zink-Brom-Akkumulator | Zebra-Batterie | STAIR-Zelle | Zellulose-Polypyrrol-Zelle
Historische Zellen: Daniell-Element | Leclanché-Element | Voltasche Säule | Weston-Normalelement | Zambonisäule
Ausführungen: Akkumulator | Batterie | Brennstoffzelle | Konzentrationselement | Redox-Flow-Zelle | Thermalbatterie | Bestandteile: Halbzelle (Donator- und Akzeptorhalbzelle)
