Eine Lithiumbatterie ist ein wiederaufladbarer Batterietyp, der Lithiumverbindungen als Elektrolyt und Elektrodenmaterial verwendet. Aufgrund ihrer hohen Energiedichte, längeren Lebensdauer und leichten Bauweise sind Lithiumbatterien zur beliebtesten Wahl für tragbare elektronische Geräte, Elektrofahrzeuge und Energiespeichersysteme geworden. Sie werden auch oft als Lithium-Ionen-Batterien (Li-Ionen-Batterien) bezeichnet, da sie während des Lade- und Entladevorgangs Lithiumionen verwenden.

Das Funktionsprinzip einer Lithiumbatterie basiert auf dem Transport von Lithiumionen zwischen den Elektroden während des Lade- und Entladevorgangs. Eine Lithiumbatterie besteht in der Regel aus drei Hauptkomponenten: einer positiven Elektrode (Kathode), einer negativen Elektrode (Anode) und einem Elektrolyten.

Die positive Elektrode einer Lithiumbatterie besteht in der Regel aus einer Lithiumverbindung wie Lithiumcobaltoxid (LiCoO2), Lithiumeisenphosphat (LiFePO4) oder Lithiummanganoxid (LiMn2O4). Die negative Elektrode besteht in der Regel aus einem Kohlenstoffmaterial wie Graphit, das während des Ladevorgangs Lithiumionen interkalieren und während des Entladevorgangs deinterkalieren kann.

Der Elektrolyt, der in der Regel eine Flüssigkeit oder ein Polymer ist, fungiert als leitendes Medium für die Lithiumionen zwischen den Elektroden. Der Elektrolyt muss chemisch stabil und ionisch leitfähig sein, um einen effizienten Batteriebetrieb zu ermöglichen.

Während des Ladevorgangs einer Lithiumbatterie werden Lithiumionen von der positiven Elektrode (Kathode) über den Elektrolyten zur negativen Elektrode (Anode) transportiert und gespeichert. Dieser Vorgang wird Interkalation genannt. Beim Entladen fließen die Lithiumionen in umgekehrter Richtung von der negativen Elektrode zur positiven Elektrode und erzeugen dabei elektrische Energie.

Die Verwendung von Lithium als Elektrolyt und Elektrodenmaterial bietet verschiedene Vorteile. Lithium hat ein hohes elektrochemisches Potenzial, wodurch Lithiumbatterien eine höhere Spannung liefern können als andere Batterietypen. Darüber hinaus weisen Lithiumbatterien eine geringe Selbstentladungsrate auf, was bedeutet, dass sie ihre Ladung länger halten können, wenn sie nicht verwendet werden.

Lithiumbatterien haben auch eine lange Lebensdauer und können viele Lade- und Entladezyklen durchlaufen, bevor ihre Leistung nachlässt. Dies macht sie ideal für Anwendungen, die eine langfristige Nutzung und wiederholtes Aufladen erfordern, wie Mobiltelefone, Laptops, Elektrofahrzeuge und Solarstromsysteme.

Die Verwendung von Lithiumbatterien hat den technologischen Fortschritt in der tragbaren Elektronik, der elektrischen Mobilität und der Energiespeicherung gefördert. Durch laufende Forschung und Entwicklung werden Lithiumbatterien immer effizienter, sicherer und umweltfreundlicher. Sie spielen eine entscheidende Rolle bei der Förderung erneuerbarer Energiequellen und der Verringerung der Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen.