Was ist eine 3,7 V Lithium-Batterie?

Eine 3,7-V-Lithiumbatterie ist eine wiederaufladbare Batterie, die häufig in einer Vielzahl von elektronischen Geräten verwendet wird. Das "3,7V" bezieht sich auf die Nennspannung der Batterie, die eine entscheidende Rolle für ihre Gesamtleistung und Kompatibilität mit verschiedenen Geräten spielt. Das Verständnis dieser Batterien ist von entscheidender Bedeutung, insbesondere für diejenigen, die mit der Herstellung von Elektronik oder batteriegestützten Anwendungen zu tun haben.

Was bedeutet "3,7V" in den Spezifikationen von Lithium-Batterien?

Die "3,7 V" in den Spezifikationen von Lithiumbatterien beziehen sich auf die Nennspannung der Zelle, d.h. die durchschnittliche Spannung, die eine vollständig geladene Lithium-Ionen-Batterie beim Entladen liefert. Lithium-Ionen-Akkus, wie der 3,7V-Typ, haben in der Regel einen Spannungsbereich von etwa 4,2V, wenn sie voll geladen sind, und können bei Entladung auf 3,0V oder weniger fallen. Diese Spannung ist wichtig, denn sie bestimmt, wie viel Strom der Akku an das Gerät liefern kann, das er mit Strom versorgt.

Warum beträgt die Spannung der Lithium-Batterie 3,7 V?

Die 3,7 V Spannung von Lithium-Batterien ergibt sich aus der Nennspannung von Lithium-Ionen- und Lithium-Polymer-Zellen. Um zu verstehen, warum dieser Wert verwendet wird, müssen wir uns mit der Chemie und der Struktur dieser Batterien befassen.

1. Chemie hinter Lithium-Batterien

Lithium-Ionen- und Lithium-Polymer-Batterien basieren auf Lithium-Metalloxid (LiCoO2) oder Lithium-Phosphat (LiFePO4) als Kathodenmaterial und einer Form von Kohlenstoff als Anode. Wenn sich die Batterie entlädt, wandern Lithium-Ionen von der Anode zur Kathode und setzen dabei elektrische Energie frei. Diese chemische Reaktion bestimmt die Ausgangsspannung des Akkus.

Die Nennspannung (3,7 V) ergibt sich aus der durchschnittlichen Potentialdifferenz zwischen Anode und Kathode bei normaler Entladung. Genauer gesagt:

• Ein vollständig geladener Lithium-Ionen-Akku hat eine Spannung von etwa 4.2V.
• Wenn sich die Batterie entlädt, sinkt die Spannung auf etwa 3.7V.
• Wenn er vollständig entladen ist, erreicht die Spannung normalerweise etwa 3.0V.

Diese 3,7V Nennspannung gilt als optimal für die meisten elektronischen Geräte, da es ein gutes Gleichgewicht zwischen Energiedichte, Leistung und Langlebigkeit bietet. Damit ist es ideal für die Stromversorgung einer Vielzahl von Unterhaltungselektronik, Drohnen und anderen tragbaren Geräten.

2. Warum nicht eine höhere oder niedrigere Spannung?

• Höhere Spannung: Eine höhere Spannung würde zwar zu mehr potenzieller Energie führen, aber auch das Risiko einer Überhitzung, eines thermischen Durchgehens oder sogar eines Batterieausfalls erhöhen. Außerdem würde eine hohe Spannung anspruchsvollere und teurere Komponenten erfordern, um die erhöhte Energie sicher zu handhaben.

• Niedrigere Spannung: Wäre die Spannung zu niedrig, würde die Energiedichte nicht ausreichen, um Geräte über einen längeren Zeitraum zu betreiben. Außerdem kann eine niedrigere Spannung zu einer geringeren Gesamtleistung führen, die ein häufigeres Aufladen erfordert.

Die Nennspannung von 3,7 V bietet ein ausgewogenes Verhältnis zwischen effizienter Energieversorgung und Sicherheit, Langlebigkeit und praktischer Verwendung in Verbrauchergeräten.

3. Spannung und Energiedichte

Die Spannung von 3,7 V entspricht auch der Energiedichte des Akkus. Die Energiedichte ist ein entscheidender Faktor dafür, wie viel Energie ein Akku im Verhältnis zu seiner Größe speichern kann. Lithium-Ionen- und Lithium-Polymer-Batterien haben eine der höchsten Energiedichten unter den wiederaufladbaren Batterien, und die 3,7 V Nennspannung hilft, diesen Vorteil zu maximieren.

Welche gängigen Geräte verwenden 3,7 V Lithiumbatterien? 

3,7V-Lithiumbatterien werden in einer Vielzahl von Geräten verwendet, darunter auch

• Smartphones: Diese Geräte arbeiten mit 3,7-V-Batterien für lang anhaltende Energie in kompakter Größe.
• Drohnen: Die meisten kleinen und mittelgroßen Drohnen verwenden 3,7-V-Lithium-Akkus, weil sie leicht sind und eine hohe Kapazität haben.
• Wearables: Geräte wie Smartwatches und Fitness-Tracker verwenden häufig 3,7-V-Lithium-Polymer-Akkus (LiPo).
• Elektrisch betriebene Fahrzeuge: Einige kleinere Elektroroller und Fahrräder verwenden 3,7-V-Lithium-Ionen-Batterien als Teil eines größeren Antriebssystems.
• Medizinische Geräte: Tragbare medizinische Geräte, wie Pulsoximeter und Hörgeräte, verwenden ebenfalls 3,7V Lithiumzellen.

Wie hoch ist die typische Lebensdauer von 3,7 V Lithiumbatterien?

Die typische Lebensdauer eines 3,7-V-Lithium-Akkus liegt in der Regel bei 300 bis 500 Ladezyklen. Das bedeutet, dass der Akku 300 bis 500 Mal geladen und entladen werden kann, bevor er deutlich an Kapazität verliert. Allerdings können Faktoren wie Temperatur, Überladung und Unterladung die Gesamtlebensdauer beeinflussen. Um die Lebensdauer eines Lithium-Akkus zu maximieren, ist es wichtig, ihn im optimalen Temperaturbereich zu halten und häufige Tiefentladungen zu vermeiden.

Was ist der Unterschied zwischen Li-Ion, LiPo und LiFePO4 3.7V Akkus?

3,7-V-Lithiumbatterien gibt es in verschiedenen Ausführungen, jede mit einzigartigen Eigenschaften, Vorteilen und Nachteilen. Hier finden Sie einen detaillierten Überblick über die Unterschiede zwischen Li-Ion, LiPo und LiFePO4 3.7V Akkus:

Li-Ion (Lithium-Ion) 3.7V Batterien

Li-Ion Batterien sind die am häufigsten in der Unterhaltungselektronik verwendeten 3,7-V-Lithiumbatterien. Diese Batterien sind für ihre hohe Energiedichte und lange Lebensdauer bekannt, was sie ideal für Geräte wie Smartphones, Laptops und Drohnen macht. Lithium-Ionen-Batterien verfügen über einen flüssigen Elektrolyten und eine Metalloxid-Kathode, wodurch sie im Verhältnis zu ihrer Größe eine große Menge an Energie speichern können.

• Vorteile:

  • Hohe Energiedichte, die lange Nutzungszeiten für elektronische Geräte ermöglicht.
  • Ausgereiftere Technologie mit weithin verfügbaren und kostengünstigen Lösungen.
  • Im Allgemeinen weniger teuer als andere Arten von Lithiumbatterien.

• Benachteiligungen:

  • Weniger flexibel im Design (im Vergleich zu LiPo).
  • Etwas schwerer und sperriger als andere Lithium-Batterietypen.

LiPo (Lithium-Polymer) 3.7V Akkus

LiPo Batterien sind eine neuere Generation von Lithiumbatterien, die einen festen oder gelartigen Elektrolyten anstelle einer Flüssigkeit verwenden. Dadurch sind sie leichter und flexibler als Li-Ionen-Batterien und können verschiedene Formen und Größen annehmen.

• Vorteile:

  • Flexibles Design: Sie können so geformt werden, dass sie in individuelle Formen passen, was sie ideal für kompakte Elektronik wie Wearables und Drohnen macht.
  • Geringeres Gewicht im Vergleich zu Li-Ionen-Akkus.
  • Bessere Leistung bei Anwendungen mit hoher Entladungsrate, wie z.B. bei Hochleistungsdrohnen.

• Benachteiligungen:

  • Teurer als Li-Ionen-Akkus.
  • Erfordert eine vorsichtige Handhabung, da sie anfälliger für Schäden durch Überladen oder Durchstechen sind.
  • Kürzere Lebensdauer bei hohen Temperaturen oder unter extremen Bedingungen.

LiFePO4 (Lithium-Eisen-Phosphat) 3.7V Akkus

LiFePO4 ist eine sicherere Alternative zur herkömmlichen Lithium-Ionen-Chemie. Diese Batterien verwenden Lithiumeisenphosphat als Kathodenmaterial. Sie sind für ihre Stabilität und lange Lebensdauer bekannt und eignen sich daher ideal für den Einsatz in größeren Anwendungen wie Elektrofahrzeugen und Energiespeichersystemen.

• Vorteile:

  • Äußerst sicher mit einem geringeren Risiko eines Brandes oder thermischen Durchgehens im Vergleich zu anderen Lithiumbatterien.
  • Lange Lebensdauer (bis zu 2.000+ Zyklen).
  • Hohe thermische Stabilität, daher ideal für Anwendungen bei extremen Temperaturen.

• Benachteiligungen:

  • Geringere Energiedichte im Vergleich zu Li-Ionen- und LiPo-Akkus.
  • Größer und schwerer, was ihre Anwendung in leichten, kompakten Geräten einschränken kann.
  • Höhere Kosten pro Energieeinheit im Vergleich zu Li-Ion.

Die wichtigsten Unterschiede in der Zusammenfassung: