LiFePO4-Akku vs. Li-Ionen-Akku, welcher ist der sicherste?

Sicherheit war schon immer das wichtigste Kriterium bei wiederaufladbaren Batterien. Die umstrittenste Frage betrifft die Sicherheit von Lithium-Eisenphosphat-Batterien (LiFePO4) im Vergleich zu herkömmlichen Lithium-Ionen-Batterien (Li-Ion). Abgesehen von den unterschiedlichen Merkmalen und Einsatzmöglichkeiten beider Typen können ihre Auswirkungen auf die Sicherheit erheblich sein. Ein detaillierter Vergleich der Sicherheit von LiFePO4- und Li-Ionen-Batterien und die Faktoren, die die sichersten Batterien im oberen Preissegment ausmachen.

Erfahren Sie mehr über LiFePO4- und Li-Ionen-Batterien

LiFePO4-Batterien (Lithium-Eisenphosphat)

LiFePO4-Batterien sind eine besondere Form von Lithium-Ionen-Akkus, die Lithiumeisenphosphat als Kathodenmaterial verwenden. Sie sind stabil, langlebig und sicher. LiFePO4 – Dies ist die chemische Formel für Lithiumeisenphosphat, LiFePO4

Li steht für Lithium

Fe steht für Eisen

PO4 steht für Phosphat

Herkömmliche Lithium-Ionen-Batterien (Li-Ionen)

Lithium-Ionen-Batterien werden allgemeiner in Lithium-Kobaltoxid (LiCoO2), Lithium-Manganoxid (LiMn2O4), Lithium-Nickel-Mangan-Kobaltoxid (NMC) usw. unterteilt. Bei Batterien besteht die Kathode häufig aus Lithiummetalloxid und die Anode aus Graphit.

Sicherheit von LiFePO4-Batterien

Chemische Stabilität

LiFePO4-Batterien sind ein Beispiel für chemisch stabile Batterien. Das Phosphat-Ion weist starke kovalente Bindungen auf, die im Falle eines thermischen Durchgehens nicht aufgebrochen werden können. Das bedeutet, dass kein Sauerstoff freigesetzt werden kann, um eine Verbrennung auszulösen. Diese Eigenschaft unterscheidet LiFePO4-Batterien von vielen anderen Lithium-Ionen-Batterien, da sie stabiler sind.

Thermische Stabilität

LiFePO4-Batterien überstehen leicht erhöhte Temperaturen, ohne sich zu zersetzen. Lithium-Eisenphosphat-Batterien überhitzen bis zu etwa 270 °C (518 °F) weniger schnell und brennen weniger schnell als Lithium-Ionen-Batterien, die bei dieser Temperatur zu zerfallen beginnen.

Überladeschutz

Manche Batterien verzeihen Überladungen sogar bis zu einem gewissen Grad. LiFePO4-Batterien können sogar einem thermischen Durchgehen bei Überladung widerstehen. Die meisten LiFePO4-Batterien verfügen über eine integrierte Schutzschaltung, die Überladung verhindert und so ihre Sicherheit weiter erhöht.

Lange Lebensdauer

Da LiFePO4-Batterien zudem eine lange Lebensdauer haben, ist ein Austausch selten erforderlich. Dadurch werden die Handhabungs- und Entsorgungsrisiken bei gebrauchten Batterien minimiert. Sie überstehen 2.000 bis 5.000 Lade- und Entladezyklen, bevor ihre Kapazität spürbar nachlässt.

Umweltfreundlich

LiFePO4-Batterien enthalten keine schädlichen Schwermetalle wie Kobalt oder Nickel. Dadurch sind sie deutlich umweltfreundlicher und leichter zu recyceln. Zudem stellen sie bei der Herstellung und Entsorgung weniger gesundheitsschädlich dar.

Sicherheitsmerkmale herkömmlicher Lithium-Ionen-Batterien

Chemische Zusammensetzung

Lithium-Kobaltoxid (LiCoO2) und Nickel-Mangan-Kobalt (NMC) für Lithium-Ionen-Batterien haben eine höhere Energiedichte, sind aber chemisch nicht so stabil wie herkömmliche Batterien. Kobalt in der Batterie macht die Zellen reaktiver und daher unter Umständen anfälliger für thermisches Durchgehen.

Thermisches Durchgehen

Darüber hinaus sind diese Lithium-Ionen-Akkus noch anfälliger für das sogenannte „Thermal Runaway“, bei dem sich der Akku unkontrolliert erhitzt. Überladung erzeugt zudem zusätzliche Hitze, die den Akku entzünden oder sogar explodieren lassen kann. Dies ist umso wahrscheinlicher, wenn der Akku geplatzt, erhitzt oder extremen Hitzebedingungen ausgesetzt ist. LiFePO4-Akkus weisen im Vergleich zu Lithium-Ionen-Akkus eine niedrigere Temperatur für thermisches Durchgehen auf.

Schutzschaltungen

Lithium-Ionen-Akkus verfügen sogar über eingebaute Sicherheitsmechanismen, um Überladung, Kurzschluss und Tiefentladung zu vermeiden. Diese Schutzmechanismen können jedoch versagen, insbesondere bei einer Beschädigung des Akkus. Dies erfordert jedoch mehr elektronische Kontrollen und erhöht somit die Komplexität und die Anzahl potenzieller Fehlerquellen.

Energiedichte vs. Sicherheit

Lithium-Ionen-Akkus (Li-Ion) weisen im Vergleich zu anderen Akkutypen eine hohe Energiedichte auf, was für jedes Gerät, das sie verwendet, von Vorteil ist. Allerdings bergen sie aufgrund der hohen Ladungsträgerdichte auch Risiken. Höhere Energie auf kleinem Raum führt zu einem sehr hohen Ausfallrisiko.

Wenn Sicherheit Realität wird

Anwendungsfall und Anwendung

Das Gleiche gilt für die Sicherheit eines Batterietyps, die ebenfalls stark von den genauen Anforderungen abhängt. LiFePO4-Batterien werden in der Regel dann eingesetzt, wenn Sicherheit über Leben und Tod entscheidet, beispielsweise in Elektrofahrzeugen, der Speicherung erneuerbarer Energien und medizinischen Geräten. Aufgrund ihrer stabilen chemischen Zusammensetzung und des geringeren Risikos eines thermischen Durchgehens eignen sich diese Anwendungen hervorragend.

Auf der anderen Seite werden in der Unterhaltungselektronik tendenziell Lithium-Ionen-Akkus mit höherer Energiedichte verwendet, um eine längere Akkulaufzeit bei geringerer Größe zu ermöglichen. Dennoch müssen diese Apps mit starken Sicherheitsfunktionen ausgestattet sein, um potenziellen Bedrohungen entgegenzuwirken.

Fertigungsqualität

Die Qualität der Batterieherstellung hat großen Einfluss auf die Sicherheit. Unabhängig von der verwendeten Batteriechemie kann eine schlechte Herstellung zu Defekten führen, die das Ausfallrisiko erhöhen. Dank strenger Qualitätskontrollprozesse kann nur den zuverlässigsten Herstellern die sichere Produktion von LiFePO4- und Li-Ionen-Batterien anvertraut werden.

Wartung und Handhabung

Batterien müssen gut gepflegt und gewartet werden, um Schäden zu vermeiden. In Situationen, in denen die Batterien möglicherweise nicht optimalen Bedingungen ausgesetzt sind, können LiFePO4-Batterien aufgrund ihrer weniger rauen Eigenschaften eine sicherere Wahl sein. Dennoch sollte kein Lithium-Ionen-Akku, einschließlich LiFePO4, misshandelt werden, beispielsweise bei hohen Geschwindigkeiten, extremen Temperaturen oder vollständiger Entladung.

Vergleichende Analyse

Die thermischen und chemischen Stabilitäten

LiFePO4-Batterien weisen eine hohe thermische und chemische Stabilität auf. Sie sind von Natur aus eine sicherere Technologie, da sie bei hohen Temperaturen stabiler sind und ein deutlich geringeres Risiko für einen thermischen Durchbruch aufweisen. Herkömmliche Lithium-Ionen-Batterien haben zwar eine deutlich höhere Energiedichte, neigen aber auch bekanntermaßen zur Überhitzung und erfordern daher robuste und manchmal kostspielige Ausfallsicherungen, um Katastrophen zu vermeiden.

Überlade- und Entladetoleranz

LiFePO4-Batterien sind stärker überladefähig und vertragen eine Tiefentladung. Aus Sicherheitsgründen ist das von Vorteil, insbesondere in Situationen, in denen die Ladeinfrastruktur möglicherweise nicht ganz so weit fortgeschritten ist. Im Gegensatz dazu müssen herkömmliche Lithium-Ionen-Batterien sorgfältig geladen und entladen werden, um Schäden und Sicherheitsrisiken zu vermeiden.

Auswirkungen auf Umwelt und Gesundheit

LiFePO4-Batterien sind sicherer, da sie kein Kobalt, Nickel und andere giftige Schwermetalle enthalten. Aus Sicht des Umweltschutzes und der Erhaltung des menschlichen Körpers ist die Protect Battery (ESB) gut für die Umwelt. Dies bedeutet, dass die Umweltbelastung und die Gesundheitsrisiken bei der Herstellung, Verwendung und Entsorgung von Batterien usw. reduziert werden. Folglich sind herkömmliche Batterien (wie Li-Ionen-Batterien mit Kobalt) ökologisch und hormonell problematischer.

Kosten und Verfügbarkeit

LiFePO4-Batterien können etwas teuer und schwer zu bekommen sein.

Kostspielig: Ihre Herstellung und Anschaffung sind deutlich teurer als die herkömmlicher Lithium-Ionen-Akkus. Im Laufe der Jahre gleichen sich die Kosten dieser Verbesserungen jedoch durch Sicherheitsvorteile und eine längere Lebensdauer aus, insbesondere bei Anwendungen, bei denen Sicherheit und Langlebigkeit von Bedeutung sind.

Letztes Wort

Auch in puncto Sicherheit sind LiFePO4-Akkus im Vergleich zu herkömmlichen Lithium-Ionen-Akkus deutlich besser. LiFePO4 weist eine bessere thermische und chemische Stabilität auf und ist toleranter gegenüber Überladung, Überhitzung und Überentladung. Im Vergleich zu Polymer- und ternären Lithium-Akkus gleicher Kapazität ist die Sicherheit doppelt so hoch, und die Auswirkungen auf Umwelt und Gesundheit sind äußerst gering. Dies macht diese Lithium-Eisenphosphat-Akkus sehr sicher und somit ideal für sicherheitsrelevante Anwendungen, beispielsweise in Elektrofahrzeugen, der Speicherung erneuerbarer Energien oder medizinischen Geräten.

Herkömmliche Lithium-Ionen-Akkus verfügen über eine höhere Energiedichte und sind für viele Unterhaltungselektronikgeräte unverzichtbar. Um die Sicherheit zu gewährleisten, sind sie jedoch weitgehend auf solide Schutzmechanismen oder die richtige Anwendung angewiesen. Bei der Wahl zwischen LiFePO4 und Lithium-Ionen sollte die Entscheidung auf der Grundlage der Anforderungen/Anwendung getroffen werden, wobei die Kompromisse bei Energiedichte, Preis und Sicherheit berücksichtigt werden sollten.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass LiFePO4 für Anwendungen, bei denen keine Kompromisse bei der Sicherheit eingegangen werden müssen, die beste Wahl ist. Mit den richtigen Vorsichtsmaßnahmen und Sorgfalt ist die herkömmliche Lithium-Ionen-Technologie in verschiedenen Anwendungsfällen weiterhin eine praktikable Lösung. Um fundierte Entscheidungen über die Nutzung und Verwaltung Ihrer Batterien zu treffen, ist es wichtig, die Unterschiede der einzelnen Typen und deren Sicherheit zu verstehen.