5 Vorteile von Lithium-Ionen-Batterien gegenüber Lithium-Polymer-Batterien

In der sich ständig weiterentwickelnden Welt der Energiespeichertechnologie haben sich Lithium-basierte Batterien als Spitzenreiter etabliert und bieten effiziente, kompakte Energielösungen für ein breites Anwendungsspektrum. Darunter haben sich Lithium-Ionen-Batterien (Li-Ion) und Lithium-Polymer-Batterien (LiPo) als bevorzugte Wahl für die Energiespeicherung und Stromversorgung in verschiedenen Branchen etabliert. Beide haben ihre eigenen Vorzüge, doch dieser Artikel beleuchtet die zahlreichen Vorteile von Lithium-Ionen-Batterien und erklärt, warum sie ihre Lithium-Polymer-Pendants oft übertreffen.

Zunächst sprechen wir über die Lithium-Ionen-Batterie:
Lithium-Ionen-Batterien:

Lithium-Ionen-Batterien, oft als Li-Ion-Batterien abgekürzt, sind eine beliebte und vielseitige Form wiederaufladbarer Energiespeicher. Sie sind aufgrund ihrer beeindruckenden Energiedichte, Zuverlässigkeit und Anpassungsfähigkeit zur bevorzugten Wahl für zahlreiche Anwendungen geworden. Diese Batterien bestehen aus Lithiumverbindungen als Kathodenmaterial und bieten eine Reihe von Vorteilen, die sie zur bevorzugten Wahl für den Antrieb einer Vielzahl moderner Geräte und Systeme machen.

Vorteile von Lithium-Ionen-Batterien:

1. Hohe Energiedichte: Lithium-Ionen-Batterien speichern im Verhältnis zu ihrer Größe und ihrem Gewicht eine erhebliche Energiemenge, was sie ideal für tragbare Elektronik und Elektrofahrzeuge macht.
2. Langlebigkeit: Sie haben eine lange Lebensdauer mit einer hohen Anzahl an Lade-Entlade-Zyklen, was den Bedarf an häufigem Austausch verringert und Abfall minimiert.
3. Sicherheitsmerkmale: Li-Ion-Batterien sind mit Schutzschaltungen und Thermokontrollen ausgestattet, was sie von Natur aus sicherer und weniger anfällig für Überhitzung oder Kurzschlüsse macht.
4. Effizienz: Diese Batterien haben eine geringere Selbstentladungsrate, das heißt, sie behalten ihre Ladung länger, wenn sie nicht in Gebrauch sind, was sie zu einer energieeffizienten Wahl macht.
5. Vielseitigkeit: Lithium-Ionen-Batterien können für ein breites Anwendungsspektrum konzipiert werden, von kleinen, kompakten Zellen für Smartphones bis hin zu großen Batteriepacks für Elektrofahrzeuge, und bieten so Anpassungsfähigkeit an verschiedenste Anforderungen und Geräte.

Was ist nun eigentlich eine Lithium-Polymer-Batterie?

Lithium-Polymer-Batterien, oft als LiPo-Batterien bezeichnet, sollten, da sie keine Polymere enthalten, eigentlich als Lithium-Pouch bezeichnet werden.
Es handelt sich um eine Unterkategorie der Lithium-Ionen-Zellen, der einzige Unterschied besteht darin, dass sie in einer Aluminiumfolie verpackt sind.
Fast alle mit Lithium verwandten Chemien lassen sich auch in einem Pouch-Gehäuse verpacken.
Das bedeutet, dass nicht alle Pouch-Zellen gleich sind.
Manche enthalten sehr hochwertige und teure Chemien, meist für die Vorserienproduktion und modernste EV-Batterien bestimmt, und sind nur schwer zu beschaffen.
Unser Fokus liegt hier auf den gängigen LiPo-Zellen, die der Industrie angeboten werden.

Wenn wir in unserem Fachjargon von Lithium-Ionen sprechen, meinen wir im Allgemeinen Zellen, die in metallischer zylindrischer oder prismatischer Form hergestellt werden.
Am bekanntesten sind die 18650 und die 21700, zylindrische Zellen mit 18 mm bzw. 21 mm Durchmesser und 65 mm bzw. 70 mm Höhe.

So verdienstvoll sie auch sind, LiPo-Batterien sind für bestimmte Eigenschaften und Anwendungen bekannt, die sie von ihren Lithium-Ionen-Pendants unterscheiden. Diese besonderen Merkmale zu verstehen, ist entscheidend, um ihren Wert in bestimmten Szenarien zu erkennen.

Vorteile von LiPo-Batterien:

1. Flexibilität in der Form: Lithium-Polymer-Batterien sind hinsichtlich Form und Größe flexibler als Lithium-Ionen-Batterien. Diese Vielseitigkeit ermöglicht den Einsatz in ungewöhnlichen Räumen und in Geräten mit besonderen Formfaktoren.
2. Leichtbauweise: LiPo-Batterien sind in der Regel leicht, was sie zur bevorzugten Wahl für Anwendungen macht, bei denen das Gewicht entscheidend ist, etwa bei Drohnen und ferngesteuerten Modellen.
3. Hohe Entladeraten: Diese Batterien können hohe Entladeraten liefern (20C–90C!), wodurch sie sich gut für Anwendungen eignen, die eine schnelle Energieabgabe erfordern, wie Renndrohnen und ferngesteuerte Fahrzeuge.
   Sie haben typischerweise eine hohe Nennspannung (typischerweise 3,8 V/Zelle), um den hohen Strom über längere Zeit zu unterstützen.
4. Erhöhte Leistungsdichte: LiPo-Batterien bieten eine etwas höhere Leistungsdichte, wodurch sie Energie in Stoßform schneller abgeben können. Diese Eigenschaft ist wertvoll in Szenarien, in denen ein sofortiger, hoher Energieausgang erforderlich ist.
5. Scheinbar einfach zu verarbeiten: Für ungeschulte Hardware-Unternehmen im Batteriedesign ist es verlockend, mit LiPo zu arbeiten, da es relativ einfach ist, Kabel daran anzulöten.
   Dies wird jedoch nicht empfohlen, da das Anwenden von so viel Hitze auf die Aluminiumelektrode die Zellstruktur beschädigen kann.

Auch wenn LiPo-Batterien nicht ganz an die Vielseitigkeit und Sicherheit von Lithium-Ionen-Batterien heranreichen, machen ihre besonderen Vorteile sie zu einer wertvollen Wahl für bestimmte Anwendungen, bei denen ihre Eigenschaften den Anforderungen des jeweiligen Geräts oder Systems entsprechen.

Nachteile von Lithium-Pouch-Batterien:

1. Aufblähen: Jeder, der schon einmal mit LiPo-Zellen gearbeitet hat, weiß, was gemeint ist.
   Die Struktur und Verpackung der Pouch-Zellen neigt zum Aufblähen, wenn sich die Zelle aufbläht und nicht mehr funktionsfähig ist. Manchmal kann dies bei einer neuen Zelle auftreten, die schlecht gefertigt oder unter schlechten Lagerbedingungen aufbewahrt wurde. Es kann auch bei einem Batteriepack auftreten, das alle Prüfungen bestanden hat und beim Kunden im Einsatz ist.
2. Hersteller sind in der Regel Zulieferer der 2. oder 3. Kategorie. Die Premium- und Top-Zellenhersteller verwenden Pouch-Zellen meist für ihre speziellen Chemien, die der Industrie nicht zugänglich sind. Die für die Industrie verwendeten Zellen haben meist eine zylindrische oder prismatische Form mit hartem Metallgehäuse.
3. Langlebigkeit bei Spitzenleistung: Die Datenblätter strecken die Fähigkeiten der Zellen meist über das konservativ Angegebene hinaus.
   Eine Standard-LiPo-Zelle, die Entladeraten von 30C unterstützt, hält wahrscheinlich nur 50–100 Zyklen durch, was für eine Verbraucherdrohne im Hobbybereich ausreichend ist, nicht jedoch für eine industrielle bzw. militärische Drohne, die über einen garantierten Zeitraum zuverlässig funktionieren muss.
4.  Thermisches Verhalten: Anders als zylindrische Zellen verfügen LiPo-Zellen über keinen zentralen thermischen Kühlkörper. Das bedeutet, dass es in einer Struktur aus in Reihe geschalteten Zellen schwierig ist, die Wärme gleichmäßig aus dem Batteriepack abzuführen. Dies erzeugt ein klares Ungleichgewicht im Design des Batteriepacks, was zu Kapazitätsverlust und Aufblähen führt.

Aber sehen wir uns nun an, warum Lithium-Ionen-Batterien die beste Wahl für Ihre Anwendung sind:

1. Hersteller:

Premium-Hersteller wie Samsung SDI, Panasonic, LG usw. bieten der Industrie ihre zylindrischen und prismatischen Zellen zu wettbewerbsfähigen Preisen an und ermöglichen geprüfte, getestete Spezifikationen, kein Aufblähen und, was am wichtigsten ist, sehr gut sortierte Chargen.
Das bedeutet, die Zellen sind sich in Spannung und Innenwiderstand sehr ähnlich.
Die Bedeutung eines ausgewogenen Batteriepacks kann ein Batteriedesigner gar nicht genug betonen, sie hat großen Einfluss auf die langfristige Leistung des Batteriepacks.

2. Haltbarkeit und Langlebigkeit:

Li-Ion-Batterien haben sich als haltbarer und langlebiger als LiPo-Batterien erwiesen. Dank der sehr gut sortierten Chargen und der stabilen, soliden Zellstruktur können Sie sich darauf verlassen, dass sie die versprochene Zyklenlebensdauer erreichen und die versprochene Leistung liefern.
Dies ist entscheidend, wenn Sie die Garantie und Langlebigkeit Ihres Produkts um eine so wichtige Komponente wie Batterien herum aufbauen. Besonders deutlich wird dies bei der Produktionshochskalierung.

3. Sicherheit:

Sicherheit ist bei der Batterietechnologie von höchster Bedeutung. Li-Ion-Batterien haben eine gut etablierte Sicherheitsbilanz und sind mit Schutzschaltungen und Thermokontrollen ausgestattet, um das Risiko von Überhitzung und Kurzschlüssen zu minimieren. LiPo-Batterien hingegen sind bekannt für ihre Anfälligkeit für Aufblähen und ein höheres Brand- oder Explosionsrisiko bei Durchstich, Überladung oder Beschädigung. Viele LiPo-Zellen auf dem Markt folgen nicht der UL1604-Richtlinie für Zellensicherheit.

4. Thermisches Verhalten.

Die zylindrische und prismatische Form von Li-Ion-Zellen ermöglicht eine Montage des Batteriepacks, bei der das thermische Design gleichmäßig ausfällt und die Wärme effizienter gesteuert werden kann.
Das gilt für ein gleichmäßiges thermisches Design im Allgemeinen, ist aber besonders wichtig, wenn das Batteriepack extern gekühlt oder erwärmt werden soll.

5. Leistungsabgabe

Die zylindrische und prismatische Form von Li-Ion-Zellen bietet Möglichkeiten, die hohe Leistung des Batteriepacks aufzuteilen und abzugeben, besonders wenn Ströme von über 100 A geliefert werden sollen, wie es bei Drohnen und Leichtelektrofahrzeugen (LEVs) häufig der Fall ist.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass Lithium-Pouch-Batterien zwar ihre eigenen Vorteile haben, Lithium-Ionen-Batterien jedoch aufgrund ihrer überlegenen Energiedichte, Langlebigkeit, Sicherheitsmerkmale und Effizienz für viele Anwendungen oft die bevorzugte Wahl sind. Mit fortschreitender Technologie werden Li-Ion-Batterien voraussichtlich weiterhin als zuverlässige und effiziente Energiespeicherlösung eine führende Rolle spielen, die die Gegenwart antreibt und die Zukunft gestaltet.

Erleben Sie die Zukunft der Energiespeicherung, während wir die wichtigsten Gründe beleuchten, warum Lithium-Ionen-Batterien die Gegenwart antreiben und die nachhaltige Energielandschaft von morgen gestalten.