Lithium-Ionen-Batterien sind beliebt, weil sie eine Reihe wichtiger Vorteile gegenüber konkurrierenden Technologien haben:

Sie sind im Allgemeinen viel leichter als andere Arten von wiederaufladbaren Batterien der gleichen Größe. Die Elektroden einer Lithium-Ionen-Batterie bestehen aus leichtem Lithium und Kohlenstoff. Lithium ist zudem ein sehr reaktives Element, sodass in seinen Atombindungen viel Energie gespeichert werden kann. Dies bedeutet eine sehr hohe Energiedichte für Lithium-Ionen-Batterien. Hier ist eine Möglichkeit, sich einen Überblick über die Energiedichte zu verschaffen. Eine typische Lithium-Ionen-Batterie kann 150 Wattstunden Strom in 1 Kilogramm Batterie speichern. Ein NiMH-Akkupack (Nickel-Metallhydrid) kann vielleicht 100 Wattstunden pro Kilogramm speichern, obwohl 60 bis 70 Wattstunden eher typisch sind. Eine Blei-Säure-Batterie kann nur 25 Wattstunden pro Kilogramm speichern. Mit der Blei-Säure-Technologie werden 6 Kilogramm benötigt, um die gleiche Energiemenge zu speichern, die eine 1-Kilogramm-Lithium-Ionen-Batterie verarbeiten kann.Sie halten ihre Ladung. Ein Lithium-Ionen-Akkupack verliert nur etwa 5 Prozent seiner Ladung pro Monat, verglichen mit einem Verlust von 20 Prozent pro Monat bei NiMH-Akkus.Sie haben keinen Memory-Effekt, was bedeutet, dass Sie sie vor dem Aufladen nicht wie bei einigen anderen Batteriechemien vollständig entladen müssen.Lithium-Ionen-Akkus können Hunderte von Lade-/Entladezyklen bewältigen. 

Das heißt nicht, dass Lithium-Ionen-Akkus fehlerfrei sind. Sie haben auch ein paar Nachteile: 

Sie sind extrem empfindlich gegenüber hohen Temperaturen. Hitze führt dazu, dass sich Lithium-Ionen-Akkupacks viel schneller verschlechtern, als dies normalerweise der Fall wäre.Wenn Sie einen Lithium-Ionen-Akku vollständig entladen, ist er ruiniert.Ein Lithium-Ionen-Akku muss über einen Bordcomputer verfügen, um den Akku zu verwalten. Das macht sie noch teurer, als sie ohnehin schon sind. Viele dieser Eigenschaften können durch einen Blick auf die Chemie verstanden werden

Im Inneren eines Lithium-Ionen-Akkupacks und einer Zelle :

Die Lithium-Ionen-Zellen können entweder zylindrische Batterien sein, die fast identisch mit AA-Zellen aussehen, oder sie können prismatisch sein, was bedeutet, dass sie quadratisch oder rechteckig sind. Der Computer, der Folgendes umfasst:

Ein oder mehrere Temperatursensoren zur Überwachung der Batterietemperatur

Ein Spannungswandler und eine Reglerschaltung zur Aufrechterhaltung sicherer Spannungs- und Strompegel

Ein abgeschirmter Notebook-Anschluss, der Strom und Informationen in den und aus dem Akkupack fließen lässt

Ein Spannungsabgriff, der die Energiekapazität einzelner Zellen im Akkupack überwacht

Ein Batterieladezustandsmonitor, bei dem es sich um einen kleinen Computer handelt, der den gesamten Ladevorgang übernimmt, um sicherzustellen, dass die Batterien so schnell und vollständig wie möglich aufgeladen werden.

Wenn der Akku beim Laden oder Gebrauch zu heiß wird, unterbricht der Computer den Stromfluss, um zu versuchen, die Dinge zu kühlen. Wenn Sie Ihren Laptop in einem extrem heißen Auto lassen und versuchen, den Laptop zu benutzen, kann dieser Computer Sie daran hindern, hochzufahren, bis sich alles abgekühlt hat. Wenn die Zellen jemals vollständig entladen werden, wird der Akkupack abgeschaltet, weil die Zellen zerstört sind. Es kann auch die Anzahl der Lade-/Entladezyklen verfolgen und Informationen senden, damit die Batterieanzeige des Laptops Ihnen sagen kann, wie viel Ladung in der Batterie verbleibt.

Es ist ein ziemlich ausgeklügelter kleiner Computer, der Strom aus den Batterien bezieht. Dieser Stromverbrauch ist einer der Gründe, warum Lithium-Ionen-Akkus im Leerlauf jeden Monat 5 Prozent ihrer Leistung verlieren.

Lithium-Ionen-Zellen

Wie bei den meisten Batterien haben Sie ein Außengehäuse aus Metall. Die Verwendung von Metall ist hier besonders wichtig, da die Batterie unter Druck steht. Dieses Metallgehäuse hat eine Art druckempfindliches Entlüftungsloch. Wenn die Batterie jemals so heiß wird, dass sie durch Überdruck explodieren könnte, entlastet diese Entlüftung den zusätzlichen Druck. Der Akku wird danach wahrscheinlich unbrauchbar sein, also sollte man das vermeiden. Die Entlüftung dient ausschließlich als Sicherheitsmaßnahme. Ebenso der Positive Temperature Coefficient (PTC)-Schalter, ein Gerät, das die Batterie vor Überhitzung schützen soll.

Dieses Metallgehäuse enthält eine lange Spirale aus drei zusammengepressten dünnen Blättern:

-A Positive Elektrode

-A Negative Elektrode

-Ein Trennzeichen

Im Inneren des Gehäuses werden diese Blätter in ein organisches Lösungsmittel getaucht, das als Elektrolyt fungiert. Ether ist ein gängiges Lösungsmittel.

Der Separator ist eine sehr dünne Folie aus mikroperforiertem Kunststoff. Wie der Name schon sagt, trennt es die positiven und negativen Elektroden, während es Ionen passieren lässt.

Die positive Elektrode besteht aus Lithiumkobaltoxid oder LiFePO4 . Die negative Elektrode besteht aus Kohlenstoff. Wenn die Batterie aufgeladen wird, bewegen sich Lithiumionen durch den Elektrolyten von der positiven Elektrode zur negativen Elektrode und lagern sich am Kohlenstoff an. Beim Entladen wandern die Lithium-Ionen vom Kohlenstoff zurück zum LiFePO4 .

Die Bewegung dieser Lithium-Ionen erfolgt bei einer ziemlich hohen Spannung, sodass jede Zelle 3,7 /3,2 Volt erzeugt. Dies ist viel höher als die typischen 1,5 Volt einer normalen AA-Alkaline-Zelle, die Sie im Supermarkt kaufen, und trägt dazu bei, Lithium-Ionen-Batterien in kleinen Geräten wie Mobiltelefonen kompakter zu machen. Siehe Funktionsweise von Batterien für Details zu verschiedenen Batteriechemien.