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  _ Lithium-Mangandioxid-System

Primärsystem

Li, organische Elektrolytlösung, MnO2
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Andere Bezeichnungen   Li/MnO2, Lithium-MnO2 Zelle, Solid-Cathode Lithium Primary Cell

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Anwendung   Für geringe bis mittlere Entladeströme

Vereinfachte elektrochemische Reaktionsgleichungen
(Hilfe Formeln)

Negative Elektrode: Li -->
Li+ + e-
Positive Elektrode: Li+ + e- + MnIVO2 -->
LiMnIIIO2

Summe: Li + MnO2 -->
  LiMnO2

Als Elektrolyt dienen wasserfreie organische Lösungsmittel, in denen Leitsalze gelöst sind.
Die positive Elektrode besteht aus synthetischem Mangandioxid, das einer speziellen Vorbehandlung unterzogen worden ist. Daneben enthält sie Ruß als Leitmittel und Polytetrafluorethylen als Bindemittel. Das Mangandioxid kann eine bestimmte Anzahl Li-Ionen zwischen den Gitterebenen einlagern (Interkalation LixMnO2). Als negative Elektrode dient eine Lithiumfolie, die fest mit dem Gehäuse verpresst wird.
Beim Entladen wandern die Lithium-Ionen in das Metalloxidgitter der positiven Elektrode (Kathode). Dort werden sie interkaliert.
Die Elektronen wandern von der negativen Elektrode durch den externen Stromkreis zur Kathode, die dadurch reduziert wird.

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Technische Daten (durchschnittlich)  
o Elektrolyt: In Knopfzellen verwendet man Propylencarbonat und 1,2- Dimethoxyethan mit dem Leitsalz Lithiumperchlorat. Für zylindrische Zellen verwendet man z.T. andere organische Lösungsmittel und andere Li-Leitsalze. Der Wassergehalt der Elektrolytlösung darf 50 ppm nicht überschreiten.
o Betriebstemperatur: -20 bis 55°C
o Zellspannung
{short description of image} Nominal: 2,8 V
{short description of image} Offene Spannung: 3,1 bis 3,3 V
{short description of image} Entladespannung 3,1 bis 2,0 V
{short description of image} Entladeschlussspannung: 2,0 V
o Theoretische spezifische Energie: 1005 Wh/kg
o Praktische spez. Energie: 200 Wh/kg (Knopfzelle) bis 400 Wh/kg (zylindrische Zelle)
o Energiedichte: 400 Wh/l (Knopfzelle) bis 700 Wh/l (zylindrische Zelle)
o Strombedeckung: moderat
o Entladeprofil: bei moderater Entladung flach
o Selbstentladung bei 20°C: 1 bis 2%/Jahr
o Lagerfähigkeit: gut
o Betriebstemperatur: -40 bis 70 °C
o Lagertemperatur: - 40 bis 60 °C
o Schockbelastbarkeit: gut
o Baugrößen: zylindrisch bis 5 Ah, Knopfzellen ca. 30 mAh
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Besonderheiten   Generelle Vorteile von Li-Primärzellen mit Festkathoden gegenüber Li-Primärzellen mit flüssiger Kathode (Kohle, SO2, SOCl2) bestehen darin, dass die Zelle nicht unter Druck steht, sowie die hohe Zellspannung. Nachteilig wirkt sich die geringere Leitfähigkeit der organischen Elektrolytlösung aus, die man durch größere Oberflächen der aktiven Massen auszugleichen versucht.

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Vorteile   Relativ preiswertes System, hohe Energiedichte, gutes Tieftemperatur-Entladeverhalten, gute Lagerfähigkeit, hohe Belastbarkeit, kostengünstiger Ersatz für kleine konventionelle Zellen, ungiftiges Kathodenmaterial.

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Nachteile   Nur in kleinen Abmessungen verfügbar wegen bestehender Sicherheitsvorschriften für Versand von Größen mit mehr als 1 g Li/Zelle.

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Bauarten   Vorwiegend kleine flache oder zylindrische Zellen in Wickeltechnik, aber auch Bobbintechnik und mehrzellige Batterien und Knopfzellen.

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Adresse   Ansprechpartner:
Dr. Jens Tübke
Tel.: (0721) 4640-343
Fax: (0721) 4640-111
 

Fraunhofer Institut für Chemische Technologie

Joseph-von-Fraunhofer-Str. 7
D-76327 Pfinztal (Berghausen)

Telefon (0721) 46 40-0
Fax (0721) 46 40 - 111



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