Wie funktioniert die Lithium-Ionen Batterie?

Während des Ladevorgangs der Lithium-Ionen Batterie findet an der negativen Elektrode eine Reduktion statt. Dadurch wird die negative Elektrode gezwungen, Elektronen von der positiven Elektrode aufzunehmen, die durch den externen Stromkreis fließen. Gleichzeitig führt die negative Elektrode Li+-Ionen ein, die auf der Seite der positiven Elektrode in den Elektrolyten extrahiert werden und durch den Volumenelektrolyten zur Seite der negativen Elektrode wandern und diffundieren, um den Ladungsausgleich zu gewährleisten. Infolgedessen wird das aktive Material der positiven Elektrode oxidiert. Im Falle des Entladungsvorgangs werden die Redoxreaktionen umgekehrt. Während des Entladungsvorgangs fungiert die negative Elektrode als Anode und die positive Elektrode als Kathode. Die elektrochemische Rolle der beiden Elektroden wechselt zwischen Anode und Kathode, je nach Richtung des Stromflusses durch die Zelle. In der gesamten Literatur wird jedoch die positive Elektrode als Kathode und die negative Elektrode als Anode bezeichnet. Das üblicherweise verwendete aktive Anodenmaterial ist Graphit und das aktive Kathodenmaterial ist üblicherweise ein lithiumhaltiges Übergangsmetalloxid, die beide in der Lage sind, Li+-Ionen einzufügen/abzunehmen. Wie aus der Gesamtreaktion der Lithium-Ionen-Batterie ersichtlich ist, werden die aktiven Li+-Ionen während des Lade- und Entladevorgangs der Batterie nach dem so genannten „Schaukelstuhlprinzip“ in einer reversiblen Reaktion zwischen zwei Einführungselektroden hin- und herbewegt. Beide Elektroden sind durch einen Separator getrennt, der mit einer lithiumsalzhaltigen Mischung aus flüssigen organischen Lösungsmitteln, d.h. dem Elektrolyten, getränkt ist, um den schnellen Transfer von Li+-Ionen innerhalb der Zelle zu gewährleisten.