Es gibt drei Haupttypen vonLithium-Ionen-Batterien(Lithium-Ionen): Zylinderzellen, prismatische Zellen und Pouchzellen. In der Elektromobilitätsbranche konzentrieren sich die vielversprechendsten Entwicklungen auf Zylinder- und prismatische Zellen. Obwohl das zylindrische Batterieformat in den letzten Jahren am weitesten verbreitet war, deuten mehrere Faktoren darauf hin, dass prismatische Zellen es bald verdrängen könnten.

Was sindPrismatische Zellen

Aprismatische ZelleEine prismatische Zelle ist eine Zelle, deren chemische Komponenten in einem starren Gehäuse eingeschlossen sind. Ihre rechteckige Form ermöglicht das effiziente Stapeln mehrerer Einheiten in einem Batteriemodul. Es gibt zwei Arten von prismatischen Zellen: Die Elektrodenfolien im Inneren des Gehäuses (Anode, Separator, Kathode) sind entweder gestapelt oder gerollt und abgeflacht.

Bei gleichem Volumen können gestapelte prismatische Zellen mehr Energie auf einmal freisetzen und bieten somit eine bessere Leistung, während abgeflachte prismatische Zellen mehr Energie speichern und dadurch eine höhere Haltbarkeit bieten.

Prismatische Zellen werden hauptsächlich in Energiespeichersystemen und Elektrofahrzeugen eingesetzt. Aufgrund ihrer Größe eignen sie sich weniger für kleinere Geräte wie E-Bikes und Mobiltelefone. Daher sind sie besser für energieintensive Anwendungen geeignet.

Was sind zylindrische Zellen?

Azylindrische ZelleEine zylindrische Zelle ist in einem starren Zylindergehäuse eingeschlossen. Zylindrische Zellen sind klein und rund, wodurch sie sich in Geräten jeder Größe stapeln lassen. Im Gegensatz zu anderen Batterieformaten verhindert ihre Form das Aufblähen, ein unerwünschtes Phänomen, bei dem sich Gase im Gehäuse von Batterien ansammeln.

Zylindrische Zellen wurden erstmals in Laptops verwendet, die zwischen drei und neun Zellen enthielten. Sie gewannen dann an Popularität, als Tesla sie in seinen ersten Elektrofahrzeugen (dem Roadster und dem Model S) einsetzte, die zwischen 6.000 und 9.000 Zellen enthielten.

Zylindrische Zellen werden auch in E-Bikes, medizinischen Geräten und Satelliten eingesetzt. Aufgrund ihrer Form sind sie auch für die Weltraumforschung unerlässlich; andere Zellformate würden durch den Atmosphärendruck verformt. Der letzte Rover, der zum Mars geschickt wurde, arbeitet beispielsweise mit zylindrischen Zellen. Die Hochleistungs-Elektrorennwagen der Formel E verwenden in ihren Batterien exakt dieselben Zellen wie der Rover.

Die Hauptunterschiede zwischen prismatischen und zylindrischen Zellen

Die Form ist nicht das Einzige, was prismatische und zylindrische Zellen unterscheidet. Weitere wichtige Unterschiede betreffen ihre Größe, die Anzahl der elektrischen Anschlüsse und ihre Ausgangsleistung.

Größe

Prismatische Zellen sind deutlich größer als zylindrische Zellen und speichern daher mehr Energie pro Zelle. Zum Vergleich: Eine einzelne prismatische Zelle kann so viel Energie speichern wie 20 bis 100 zylindrische Zellen. Aufgrund ihrer geringeren Größe eignen sich zylindrische Zellen für Anwendungen mit geringerem Leistungsbedarf und finden daher in einem breiteren Anwendungsbereich Verwendung.

Verbindungen

Da prismatische Zellen größer als zylindrische Zellen sind, werden weniger Zellen benötigt, um die gleiche Energiemenge zu erzeugen. Das bedeutet, dass Batterien mit prismatischen Zellen bei gleichem Volumen weniger elektrische Verbindungen aufweisen, die verschweißt werden müssen. Dies ist ein wesentlicher Vorteil prismatischer Zellen, da dadurch das Risiko von Herstellungsfehlern sinkt.

Leistung

Zylindrische Zellen speichern zwar weniger Energie als prismatische Zellen, haben aber eine höhere Leistung. Das bedeutet, dass sie ihre Energie schneller abgeben können. Der Grund dafür ist ihre höhere Kapazität (mehr Kontakte pro Amperestunde (Ah)). Daher eignen sich zylindrische Zellen ideal für Anwendungen mit hohem Leistungsbedarf, während prismatische Zellen optimal für die Optimierung der Energieeffizienz sind.

Beispiele für Hochleistungsbatterieanwendungen sind Formel-E-Rennwagen und der Ingenuity-Hubschrauber auf dem Mars. Beide erfordern höchste Leistung unter extremen Bedingungen.

Warum prismatische Zellen die Oberhand gewinnen könnten

Die Elektroautoindustrie entwickelt sich rasant, und es ist ungewiss, ob sich prismatische oder zylindrische Zellen durchsetzen werden. Aktuell sind zylindrische Zellen in der Elektroautoindustrie weiter verbreitet, doch es gibt Anzeichen dafür, dass prismatische Zellen an Popularität gewinnen werden.

Erstens bieten prismatische Zellen die Möglichkeit, die Kosten durch die Reduzierung der Fertigungsschritte zu senken. Durch ihr Format können größere Zellen hergestellt werden, wodurch sich die Anzahl der zu reinigenden und zu verschweißenden elektrischen Verbindungen verringert.

Prismatische Batterien eignen sich ideal für die Lithium-Eisenphosphat-Technologie (LFP), eine Mischung aus kostengünstigeren und leichter verfügbaren Materialien. Im Gegensatz zu anderen Zelltechnologien nutzen LFP-Batterien Ressourcen, die weltweit verfügbar sind. Sie benötigen keine seltenen und teuren Materialien wie Nickel und Kobalt, die die Kosten anderer Zelltypen in die Höhe treiben.

Es gibt deutliche Anzeichen dafür, dass sich prismatische LFP-Zellen durchsetzen. In Asien verwenden Elektroautohersteller bereits LiFePO4-Batterien, eine Art von LFP-Batterie im prismatischen Format. Auch Tesla gab bekannt, dass das Unternehmen für die Standardversionen seiner Fahrzeuge in China gefertigte prismatische Batterien einsetzt.

Die LFP-Chemie weist jedoch wichtige Nachteile auf. Zum einen enthält sie weniger Energie als andere derzeit verwendete chemische Technologien und eignet sich daher nicht für Hochleistungsfahrzeuge wie Formel-1-Elektroautos. Zudem fällt es Batteriemanagementsystemen (BMS) schwer, den Ladezustand der Batterie vorherzusagen.

In diesem Video erfahren Sie mehr über dasLFPChemie und warum sie immer beliebter wird.