Lithium-Ionen Akkus, Grundlagen zu Arten, Nutzung und Pflege

[Duglum]

Sinn und Zweck dieses Threads ist es, eine gesamtheitliche Übersicht über Lithium-Ionen-Akkumulatoren, kurz Li-Ion, zu bieten.
Da im Forum immer wieder die gleichen Fragen zu Lithium-Akkus gestellt werden kann einfach hierhin verlinkt werden.
Ich beschränke mich hier auf die für die Verwendung in Taschenlampen üblichen Zellen, alles andere würde den Rahmen sprengen.
Ich erhebe keinen Anspruch auf Vollständigkeit oder Fehlerfreiheit. Wenn Ihr einen Fehler findet oder Ergänzungen für sinnvoll haltet: einfach melden.

Was genau sind überhaupt Lithium-Ionen Akkus? Und warum ist es sinnvoll diese zu verwenden?
Wikipedia sagt dazu:
"Ein Lithium-Ionen-Akkumulator ist ein Akkumulator auf der Basis von Lithium.
Der Li-Ionen-Akku zeichnet sich durch hohe Energiedichte aus. Er ist thermisch stabil und unterliegt keinem Memory-Effekt."
Kurz gesagt: Lithium-Akkus sind NiMh und anderen technisch einfach überlegen.


Arten
Es gibt viele verschiedene Lithium Akkus, welche auf unterschiedlicher Chemie mit unterschiedlichen Eigenschaften beruhen.
Details finden sich im oben verlinkten Wikipedia-Artikel.
Wichtig für den Endanwender ist in der Regel nur die Unterscheidung zwischen "normalen" Li-Ionen Zellen und sogenannten IMR-Zellen. Letztere bieten geringere Kapazitäten, sind allerdings hochstromfähig.


Bauformen und Spannungen
Der Name einer Bauform enthält in aller Regel die Maße der Zelle. 18650 bedeutet 18mm breit, 65mm lang, 0 ist die zylindrische Bauform.
Fertig Konfektionierte Zellen sind etwas länger und dicker, bedingt durch Schutzschaltung, "Button Top" und Schutzfolie.
Die Zellen haben in der Regel eine Nominalspannung von 3.7V. Bei 4.2V sind die Zellen voll, bei ca. 3.5V Leerlaufspannung "leer". Diese Werte sollten nicht über- bzw. unterschritten werden.

Die bei Taschenlampen gebräuchlichsten Bauformen sind:
18650
17670
16340 (CR123A Größe, auch RCR123A genannt)
14500 (AA Größe)
26650 (C Größe)


Umgang und Verhaltensregeln sowie Gefahren

Grundsätzliches
Wie viele andere technische Dinge sind auch Li-Ionen Akkus leider nicht idiotensicher. Es gibt hin und wieder Berichte über explodierte Lampen oder brennende Akkus. Die an vielen Stellen stattfindende ständige Kritik an den Zellen halte ich allerdings für Panikmache.
Bei allen mir bekannten Fällen lag der Fehler nicht nur bei den verwendeten miesen Akkus billigster Bauart, sondern auch an einer eindeutigen Fehlbedienung durch die Nutzer. (Mehrere zuvor tiefentladene Zellen in Serie, bei einer Lampe mit 6x 18650 unprotected Zellen verwendet und diese nicht mal durchgemessen, etc.)
Wenn ein paar einfache Grundregeln zum Umgang mit Akkus beachtet werden kann kaum etwas passieren.

Generelle Verhaltensregeln

• Akkus sollten nie unbeobachtet geladen werden.
• Es sollten nur hochwertige bzw. als zuverlässig bekannte Akkus verwendet werden.
• Zumindest am Anfang sollten ausschließlich protected Akkus, also solche mit eingebauter Schutzschaltung, verwendet werden.
• Es muss ein Multimeter vorhanden sein. Die Spannung der Zellen ist vor und nach dem Laden zu prüfen, insbesondere bei Multi-Zellen Lampen.

Multi-Zellen Lampen

• Es sind ausschließlich gleiche Zellen zu verwenden. D.h. Hersteller, Modell, Alter, Ladezyklen, etc.
• Die Zellen sollten am besten nur paarweise verwendet werden (bzw. bei 3-,4-,x-Zellen Lampen entsprechend im 3er, 4er.. Pack)
• Die Spannung der Zellen muss bis auf wenige mV gleich sein.

Empfehlenswerte Akkus und Ladegeräte
Generell ist zu beachten dass nicht alle Akkus ausnahmslos mit allen Ladegeräten kompatibel sind. Teilweise werden zum laden der kleineren Zellen Spacer/Distanzstücke benötigt. Auch verfügen nicht alle Zellen über eine Erhöhung ("Button Top") am Pluspol, wodurch es bei Lampen und Ladegeräten mit einem mechanischen Verpolungsschutz zu Problemen kommen kann.

Premium-Zellen

• AW (bis zu 2900mAh)
• Redilast (bis zu 2900mAh)

Hinweis: Die von AW und Redilast verwendeten Panasonic 2900mAh Zellen haben eine niedrigere Spannungslage als die 2600mAh-Pendants (3.6V vs. 3.7V nominal). In einzelligen Lampen ist die 2600mAh Zelle daher in der Regel sinnvoller. Ein Test findet sich hier.

Brauchbare Budget-Zellen

• Trustfire "True 2400mAh" (schwarz mit rot/gelbem Flammenaufdruck)
• Solarforce 2400mAh protected (weiß/blau)

Empfehlenswerte Ladegeräte

• Pila IBC Charger
• Xtar WP2
• "HXY Lader"
• Diverse Modellbaulader

Lagerung von Akkus
Li-Ionen Akkus sollten möglichst kühl und trocken gelagert werden, z.B. im Kühlschrank in einer luftdichten Box. Der optimale Ladezustand zur Lagerung liegt in etwa bei 40-50%, das entspricht ca. 3.8V.
Auf diese Weise werden Alterungserscheinungen weitestgehend vermieden und der Akku bleibt über Jahre einsetzbar.

Restkapazität nach Lagerung über längere Zeiträume

Temperatur	40% Ladeniveau	100% Ladeniveau
0°C	98% nach 1 Jahr	94% nach 1 Jahr
25°C	96% nach 1 Jahr	80% nach 1 Jahr
40°C	85% nach 1 Jahr	65% nach 1 Jahr
60°C	75% nach 1 Jahr	60% nach 3 Monaten

Siehe auch Batteryuniversity.

[cuxhavener]

Vielen Dank für die Fleißarbeit
Eine sehr hilfreiche Zusammenfassung.
Die pinne ich gleich mal oben an.

Gruß
Klaus

[isek]

Juhuuuuu!

[Sternwanderer]

Wunderbar, da ist alles drin.

Ergänzend würde ich vorschlagen:

Es muss ein Multimeter vorhanden sein. Die Spannung der Zellen ist vor und nach dem Laden zu prüfen, insbesondere bei Multi-Zellen Lampen.

Es muss ein Multimeter vorhanden sein. Die Spannung der Zellen ist vor und nach dem Laden zu prüfen, sowie vor der Benutzung. Insbesondere bei Multi-Zellen Lampen ist darauf zu achten, dass kein Spannungsunterschied zwischen den einzelnen Zellen besteht.

Das gehört für mich zum Punkt Multimeter, und geht im darauffolgenden Post irgendwie unter.

Oder?


Marcus

[cuxhavener]

Ergänzend über die Tabelle vielleicht noch:
Wiederherstellbare Kapazität nach der Lagerung:

Des Weiteren möchte ich noch auf folgende Punkte hinweisen:

- Nicht alle empfehlenswerten Akkus sind mit allen empfehlenswerten Ladegeräten kompatibel oder es werden Distanzstücke benötigt.

- Nicht alle empfehlenswerden Akkus sind mit allen Lampen kompatibel, viele AW Akkus haben einen leicht versenkten Pluspol, womit nicht alle Lampen betrieben werden können ohne dort einen kleinen Neodynmagneten 8x1mm aufzulegen.
(vor dem Kauf bitte im Forum informieren ob gewünschte Kombination aus Lampe, Akkus und Ladegerät kompatibel sind)

- Die 18650er Akkus von AW mit 2900mAh sind in vielen Lampen weniger empfehlenswert, als die 18650er Akkus von AW mit 2600mAh, da diese über eine höhere Spannungslage verfügen, woduch eine Lampe lägner mit konstanter Helligkeit betrieben werden kann.

[Duglum]

Danke für die Hinweise, ich habe Eure Ergänzungen mal eingebaut.

[isek]

Entweder sehe ich es nicht, oder es fehlt:

Ich würde noch schreiben, wann man die Schutzschaltung greift (2,8V?) und wann man die Akkus spätestens laden sollte (3,2V?).
Auch, dass die 4,2V nicht überstiegen werden dürfen.

Sehe da leider keine Zahlen ).

[CR123A]

Gibt es irgendwelche Richtlinien oder Sicherheitsvorschriften wie stark man diese Li-Ion Akkus belasten kann ohne das es knallt?

Ich habe zum Beispiel diese kleinen 14250 in meiner LumiRawTi! Finde ich faszinierend aber gleichzeitig macht es mir ganz schön Angst da ich beim Messen gesehen habe das da ein Strom von 1 Ampere aus so einer kleinen Zelle gezogen wird!

Wie hoch kann man solche 14250 Zellen belasten, oder eine 16340 oder 18650?

Gibt es da irgendwelche Tabellen?

[Duglum]

Zitat von isek

Entweder sehe ich es nicht, oder es fehlt:

Ich würde noch schreiben, wann man die Schutzschaltung greift (2,8V?) und wann man die Akkus spätestens laden sollte (3,2V?).
Auch, dass die 4,2V nicht überstiegen werden dürfen.

Sehe da leider keine Zahlen ).

Hast Du übersehen, steht unter "Bauformen und Spannungen". Wann die Schutzschaltung greift kann man nicht sagen, denn das liegt an der jeweiligen Schaltung. Und die ist je nach Hersteller unterschiedlich.

Zitat von CR123A

Gibt es irgendwelche Richtlinien oder Sicherheitsvorschriften wie stark man diese Li-Ion Akkus belasten kann ohne das es knallt?
[...]
Wie hoch kann man solche 14250 Zellen belasten, oder eine 16340 oder 18650?

Gibt es da irgendwelche Tabellen?

Die Stromgrenze ist Chemie- und Herstellerabhängig, da kann man keine allgemeingültige Aussage treffen. Ausser vielleicht dass man für Applikationen die sehr hohe Ströme fordern IMR-Zellen nehmen sollte. AW gibt z.B. für seine 2600mAh Li-Ion Akkus eine maximale Discharge Rate von 5.2A an.

[cuxhavener]

Zitat von Duglum

...AW gibt z.B. für seine 2600mAh Li-Ion Akkus eine maximale Discharge Rate von 5.2A an.

Genau, 2 C, wie bei fast allen AW Akkus (außer IMR-Hochstromzellen)

Viele Billigakkus haben dagegen mit 2 C schon Probleme und sollten möglichst nicht über 1 C Dauerstrom belastet werden.