Warum haben Lithiumbatterien aus unterschiedlichen Materialien unterschiedliche Spannungen?

Elektrodenpotentialdifferenz

Die Spannung einer Lithiumbatterie wird durch die Elektrodenpotenziale der verwendeten Materialien bestimmt. Unterschiede in den Elektrodenpotenzialen führen zu Spannungsschwankungen. Die positive Elektrode einer Lithium-Ionen-Batterie besteht typischerweise aus Lithiummetalloxid, während die negative Elektrode aus Materialien wie Graphit oder Kohlenstoffnanoröhren besteht. Beim Laden und Entladen finden Redoxreaktionen zwischen der positiven und negativen Elektrode statt, die Spannung erzeugen. Die Unterschiede im Redoxpotenzial verschiedener Materialien führen zu unterschiedlichen Batteriespannungen.

Unterschiede zwischen den Materialarten

Verschiedene Arten von Lithiumbatterien, wie Lithium-Eisenphosphat (LiFePO4), ternäre Lithiumbatterien und Lithium-Kobaltoxid (LiCoO2), weisen aufgrund der verwendeten Materialien unterschiedliche Spannungen auf. Beispielsweise beträgt die Nennspannung einer Lithium-Eisenphosphat-Batterie 3,2 V, während die Nennspannung einer ternären Lithiumbatterie und einer Lithium-Kobaltoxid-Batterie 3,7 V beträgt. Dies liegt hauptsächlich an den unterschiedlichen Materialien der positiven Elektroden, die zu Schwankungen des elektrochemischen Potenzials und damit zu unterschiedlichen Batteriespannungen führen.

Elektrolyteinfluss

Obwohl verschiedene Lithiumbatterietypen Lithiumsalzelektrolyte verwenden, kann die Gesamtspannung aufgrund unterschiedlicher Materialien der positiven und negativen Elektroden variieren. Der Elektrolyt spielt eine Schlüsselrolle bei der Ionenleitung innerhalb der Batterie, und seine Eigenschaften können die Spannungsleistung der Batterie beeinflussen.

Nachfolgend sind die Nennspannungen verschiedener Arten von Lithiumbatterien aufgeführt:

• Lithiumeisenphosphat (LiFePO4): 3,2 V
• Ternäre Lithiumbatterie (NCM/NCA): 3,7 V
• Lithiumkobaltoxid (LiCoO2): 3,7 V
• Lithium-Mangan-Oxid (LiMn2O4): 3,7 V
• Lithium-Nickel-Mangan-Kobalt (LiNiMnCoO2): 3,6 V – 3,7 V
• Lithiumtitanat (Li4Ti5O12): 2,4 V
• Lithium-Polymer (LiPo): 3,7 V
• Lithium-Nickel-Kobalt-Aluminiumoxid (NCA): 3,6 V – 3,7 V
• Lithiumphosphat-Mangan (LiMnPO4): 3,2 V
• Natrium-Ionen-Batterie (Na-Ionen): 3,0 V – 3,3 V
• Festkörper-Lithiumbatterie: 3,7 V (variiert je nach Chemie)

Dies sind typische Nennspannungen, die tatsächlichen Spannungen können jedoch je nach chemischer Zusammensetzung, Design und Hersteller der Batterie leicht abweichen.

Abschluss

Verschiedene Lithiumbatterietypen haben unterschiedliche Nennspannungen, die hauptsächlich von den für Anode, Kathode und Elektrolyt verwendeten Materialien beeinflusst werden. Beispielsweise haben LiFePO4-Batterien eine Spannung von 3,2 V, während ternäre und LiCoO2-Batterien typischerweise 3,7 V haben. Die Wahl des richtigen Batterietyps und der richtigen Spannung ist entscheidend für optimale Leistung und Sicherheit.