Lithiumbatterie

CR2032 Lithium-Knopfzellenbatterie. ⓘ

Lithium 9-Volt-, AA- und AAA-Größen. Das obere Objekt ist eine Batterie aus drei Lithium-Mangandioxid-Zellen, die beiden unteren sind Lithium-Eisendisulfid-Zellen und mit 1,5-Volt-Alkalibatterien kompatibel. ⓘ

Lithiumbatterien sind Primärbatterien, die metallisches Lithium als Anode haben. Diese Arten von Batterien werden auch als Lithium-Metall-Batterien bezeichnet. ⓘ

Sie unterscheiden sich von anderen Batterien durch ihre hohe Ladedichte und ihre hohen Kosten pro Einheit. Je nach Bauart und verwendeten chemischen Verbindungen können Lithiumzellen Spannungen von 1,5 V (vergleichbar mit einer Zink-Kohle- oder Alkalibatterie) bis etwa 3,7 V erzeugen. ⓘ

Einweg-Lithium-Primärbatterien sind von Lithium-Ionen- oder Lithium-Polymer-Sekundärbatterien zu unterscheiden, die wiederaufladbar sind. Lithium ist besonders nützlich, weil seine Ionen so angeordnet werden können, dass sie sich zwischen Anode und Kathode bewegen, wobei eine interkalierte Lithiumverbindung als Kathodenmaterial verwendet wird, ohne dass Lithiummetall als Anodenmaterial verwendet wird. Reines Lithium reagiert sofort mit Wasser oder sogar mit Feuchtigkeit in der Luft; das Lithium in Lithium-Ionen-Batterien ist in einer weniger reaktiven Verbindung enthalten. ⓘ

Lithiumbatterien werden häufig in tragbaren elektronischen Geräten verwendet. Der Begriff "Lithiumbatterie" bezieht sich auf eine Familie verschiedener Lithium-Metall-Chemien, die viele Arten von Kathoden und Elektrolyten umfassen, aber alle mit metallischem Lithium als Anode. Die Batterie benötigt zwischen 0,15 und 0,3 kg Lithium pro kWh. Bei diesen Primärsystemen wird eine geladene Kathode verwendet, d. h. ein elektroaktives Material mit kristallographischen Leerstellen, die sich bei der Entladung allmählich auffüllen. ⓘ

Schema einer Lithium-Knopfzellenbatterie mit MnO₂ (Mangandioxid) an der Kathode. ⓘ

Der gängigste Typ von Lithiumzellen für Verbraucheranwendungen verwendet metallisches Lithium als Anode und Mangandioxid als Kathode, wobei ein in einem organischen Lösungsmittel gelöstes Lithiumsalz als Elektrolyt dient. ⓘ

Chemische Verfahren

Chemie	Kathode	Elektrolyt	Nennwert spannung	Offener Stromkreis spannung	Wh/kg	Wh/L ⓘ
Li-MnO₂ (IEC-Code: C), "CR"	Wärmebehandeltes Mangandioxid	Lithiumperchlorat in einem organischen Lösungsmittel (Propylencarbonat und Dimethoxyethan in vielen gängigen Zellen)	3 V	3.3 V	280	580
Li-MnO₂ (IEC-Code: C), "CR"	"Li-Mn". Die gebräuchlichste Lithiumbatterie für den Verbraucher, etwa 80 % des Lithiumbatteriemarktes. Verwendet preiswerte Materialien. Geeignet für Low-Drain-Anwendungen mit langer Lebensdauer und niedrigen Kosten. Hohe Energiedichte pro Masse und Volumen. Betriebstemperaturbereich von -30 °C bis 60 °C. Kann hohe Impulsströme liefern. Bei Entladung steigt die interne Impedanz und die Klemmenspannung sinkt. Hohe Selbstentladung bei hohen Temperaturen. 1,2-Dimethoxyethan ist ein besonders besorgniserregender REACH-Kandidatenstoff.
Li-(CF)_x (IEC-Code: B), "BR"	Kohlenstoff-Monofluorid	Lithiumtetrafluorborat in Propylencarbonat, Dimethoxyethan oder Gamma-Butyrolacton	3 V	3.1 V	360–500	1000
Li-(CF)_x (IEC-Code: B), "BR"	Kathodenmaterial, das durch Hochtemperatur-Interkalation von Fluorgas in Graphitpulver entsteht. Im Vergleich zu Mangandioxid (CR), das die gleiche Nennspannung aufweist, bietet es mehr Zuverlässigkeit. Es wird für Anwendungen mit niedrigen bis mittleren Strömen in Speicher- und Uhren-Backup-Batterien verwendet. Einsatz in der Luft- und Raumfahrt, seit 1976 für den Weltraum qualifiziert, militärische Anwendungen zu Lande und zu Wasser, in Raketen und in künstlichen Herzschrittmachern. Funktioniert bis zu einer Temperatur von etwa 80 °C. Sehr geringe Selbstentladung (<0,5 %/Jahr bei 60 °C, <1 %/Jahr bei 85 °C). Entwickelt in den 1970er Jahren von Matsushita.
Li-FeS₂ (IEC-Code: F), "FR"	Eisendisulfid	Propylencarbonat, Dioxolan, Dimethoxyethan	1.4-1.6 V	1.8 V	297
Li-FeS₂ (IEC-Code: F), "FR"	"Lithium-Eisen", "Li/Fe". Sogenanntes "spannungskompatibles" Lithium, weil es mit seiner Nennspannung von 1,5 V als Ersatz für Alkalibatterien verwendet werden kann. Energizer-Lithiumzellen der Größen AA und AAA verwenden daher diese Chemie. 2,5 Mal höhere Lebensdauer bei hohen Entladeströmen als Alkalibatterien, bessere Lagerfähigkeit aufgrund geringerer Selbstentladung (10-20 Jahre). FeS₂ ist billig. Die Kathode besteht häufig aus einer Paste aus Eisensulfidpulver, das mit pulverisiertem Graphit vermischt ist. Eine Variante ist Li-CuFeS₂.
Li-SOCl₂ (IEC-Code: E)	Thionylchlorid	Lithiumtetrachloroaluminat in Thionylchlorid	3.5 V	3.65 V	500–700	1200
Li-SOCl₂ (IEC-Code: E)	Flüssige Kathode. Für Anwendungen bei niedrigen Temperaturen. Kann bis zu -55 °C betrieben werden, wobei sie mehr als 50 % ihrer Nennkapazität beibehält. Eine vernachlässigbare Menge an Gas wird bei normalem Gebrauch erzeugt, eine begrenzte Menge bei Missbrauch. Hat eine relativ hohe interne Impedanz und einen begrenzten Kurzschlussstrom. Hohe Energiedichte, etwa 500 Wh/kg. Giftig. Der Elektrolyt reagiert mit Wasser. Zellen mit niedrigem Strom werden für tragbare Elektronik und die Datensicherung verwendet. Hochstromzellen werden in militärischen Anwendungen eingesetzt. Bei langer Lagerung bildet sich eine Passivierungsschicht auf der Anode, die bei Inbetriebnahme zu einer vorübergehenden Spannungsverzögerung führen kann. Hohe Kosten und Sicherheitsbedenken schränken die Verwendung in zivilen Anwendungen ein. Kann bei Kurzschluss explodieren. Die Underwriters Laboratories verlangen einen geschulten Techniker für den Austausch dieser Batterien. Gefährlicher Abfall, Gefahrguttransport der Klasse 9. Nicht für Verbraucher- oder Allzweckbatterien geeignet.
Li-SOCl₂,BrCl, Li-BCX (IEC-Code: E)	Thionylchlorid mit Bromchlorid	Lithiumtetrachloroaluminat in Thionylchlorid	3.7-3.8 V	3.9 V	350	770
Li-SOCl₂,BrCl, Li-BCX (IEC-Code: E)	Flüssigkathode. Eine Variante der Thionylchlorid-Batterie, mit 300 mV höherer Spannung. Die höhere Spannung fällt auf 3,5 V zurück, sobald das Bromchlorid während der ersten 10-20 % der Entladung verbraucht ist. Die Zellen mit zugesetztem Bromchlorid gelten als sicherer, wenn sie missbraucht werden.
Li-SO₂Cl₂ (IEC-Code: Y)	Sulfurylchlorid	Lithiumtetrachloroaluminat in Sulfurylchlorid	3.7 V	3.95 V	330	720
Li-SO₂Cl₂ (IEC-Code: Y)	Flüssige Kathode. Ähnlich wie Thionylchlorid. Bei der Entladung bildet sich kein elementarer Schwefel, von dem man annimmt, dass er an einigen gefährlichen Reaktionen beteiligt ist, weshalb Sulfurylchloridbatterien möglicherweise sicherer sind. Der kommerzielle Einsatz wird dadurch behindert, dass der Elektrolyt dazu neigt, die Lithiumanoden zu korrodieren, was die Haltbarkeit verringert. Einigen Zellen wird Chlor zugesetzt, um sie widerstandsfähiger gegen Missbrauch zu machen. Sulfurylchlorid-Zellen liefern einen geringeren Maximalstrom als Thionylchlorid-Zellen, was auf die Polarisierung der Kohlenstoffkathode zurückzuführen ist. Sulfurylchlorid reagiert heftig mit Wasser, wobei Chlorwasserstoff und Schwefelsäure freigesetzt werden.
Li-SO₂ (IEC-Code: W)	Schwefeldioxid auf teflongebundenem Kohlenstoff	Lithiumbromid in Schwefeldioxid mit einer kleinen Menge Acetonitril	2.85 V	3.0 V	250	400
Li-SO₂ (IEC-Code: W)	Flüssigkathode. Kann bis zu -55 °C und bis zu +70 °C betrieben werden. Enthält flüssiges SO₂ unter hohem Druck. Erfordert Sicherheitsentlüftung, kann unter bestimmten Bedingungen explodieren. Hohe Energiedichte. Hohe Kosten. Bei niedrigen Temperaturen und hohen Strömen bessere Leistung als Li-MnO₂. Giftig. Acetonitril bildet Lithiumcyanid und kann bei hohen Temperaturen Blausäure bilden. Wird in militärischen Anwendungen verwendet. Die Zugabe von Brommonochlorid kann die Spannung auf 3,9 V erhöhen und die Energiedichte steigern.
Li-I₂	Jod, das mit Poly-2-vinylpyridin (P2VP) gemischt und erhitzt wurde, um einen festen organischen Ladungstransferkomplex zu bilden.	Eine feste monomolekulare Schicht aus kristallinem Lithiumjodid, die Lithiumionen von der Anode zur Kathode leitet, aber kein Jod leitet.	2.8 V	3.1 V
Li-I₂	Fester Elektrolyt. Sehr hohe Zuverlässigkeit und geringe Selbstentladungsrate. Wird in medizinischen Anwendungen verwendet, die eine lange Lebensdauer erfordern, z. B. in Herzschrittmachern. Entwickelt auch bei einem Kurzschluss kein Gas. Festkörperchemie, begrenzter Kurzschlussstrom, nur für Schwachstromanwendungen geeignet. Die Klemmenspannung sinkt mit dem Grad der Entladung aufgrund der Ausscheidung von Lithiumjodid.
Li-Ag₂CrO₄	Silberchromat	Lithiumperchloratlösung	3.1/2.6 V	3.45 V
Li-Ag₂CrO₄	Sehr hohe Zuverlässigkeit. Hat ein 2,6-V-Plateau nach Erreichen eines bestimmten Prozentsatzes der Entladung, was eine frühzeitige Warnung vor einer bevorstehenden Entladung ermöglicht. Speziell für medizinische Anwendungen entwickelt, z. B. für implantierte Herzschrittmacher.
Li-Ag₂V₄O₁₁, Li-SVO, Li-CSVO	Silberoxid+Vanadiumpentoxid (SVO)	Lithiumhexafluorophosphat oder Lithiumhexafluorarsenat in Propylencarbonat mit Dimethoxyethan
Li-Ag₂V₄O₁₁, Li-SVO, Li-CSVO	Verwendung in medizinischen Anwendungen wie implantierbaren Defibrillatoren, Neurostimulatoren und Medikamenteninfusionssystemen. Auch für den Einsatz in anderen elektronischen Geräten, wie z. B. Notrufsendern, ist es vorgesehen. Hohe Energiedichte. Lange Lagerfähigkeit. Geeignet für den Dauerbetrieb bei einer Nenntemperatur von 37 °C. Zweistufige Entladung mit einem Plateau. Die Ausgangsspannung sinkt proportional zum Grad der Entladung. Widerstandsfähig gegen Missbrauch.
Li-CuO (IEC-Code: G), "GR"	Kupfer(II)-oxid	Lithiumperchlorat, gelöst in Dioxolan	1.5 V	2.4 V
Li-CuO (IEC-Code: G), "GR"	Kann bis zu 150 °C betrieben werden. Entwickelt als Ersatz für Zink-Kohle- und Alkalibatterien. Problem der "Hochspannung", d. h. der großen Differenz zwischen Leerlauf- und Nennspannung. Wurde bis Mitte der 1990er Jahre hergestellt und dann durch Lithium-Eisen-Sulfid ersetzt. Derzeitige Verwendung ist begrenzt.
Li-Cu₄O(PO₄)₂	Kupfer-Oxyphosphat
Li-Cu₄O(PO₄)₂	Siehe Li-CuO
Li-CuS	Kupfersulfid	Lithiumsalz oder ein Salz wie Tetralkylammoniumchlorid, gelöst in LiClO₄ in einem organischen Lösungsmittel, das eine Mischung aus 1,2-Dimethoxyethan, 1,3-Dioxolan und 2,5-Dimethyloxazol als Stabilisator ist	1.5 V
Li-PbCuS	Bleisulfid und Kupfersulfid		1.5 V	2.2 V
Li-FeS	Eisensulfid	Propylencarbonat, Dioxolan, Dimethoxyethan	1.5-1.2 V
Li-FeS	"Lithium-Eisen", "Li/Fe". Wird als Ersatz für Alkalibatterien verwendet. Siehe Lithium-Eisendisulfid.
Li-Bi₂Pb₂O₅	Bleiwismutat		1.5 V	1.8 V
Li-Bi₂Pb₂O₅	Ersatz für Silberoxidbatterien, mit höherer Energiedichte, geringerer Neigung zum Auslaufen und besserer Leistung bei höheren Temperaturen.
Li-Bi₂O₃	Bismuttrioxid		1.5 V	2.04 V
Li-V₂O₅	Vanadium-Pentoxid		3.3/2.4 V	3.4 V	120/260	300/660
Li-V₂O₅	Zwei Entladungsplateaus. Niedriger Druck. Wiederaufladbar. Wird in Reservebatterien verwendet.
Li-CuCl₂	Kupferchlorid	LiAlCl₄ oder LiGaCl₄ in SO₂, ein flüssiger, anorganischer, nichtwässriger Elektrolyt.
Li-CuCl₂	Wiederaufladbar. Diese Zelle weist beim Entladen drei Spannungsplateaus auf (3,3 V, 2,9 V und 2,5 V). Eine Entladung unterhalb des ersten Plateaus verkürzt die Lebensdauer der Zelle. Das in SO₂ gelöste Komplexsalz hat bei Raumtemperatur einen niedrigeren Dampfdruck als reines Schwefeldioxid, was die Konstruktion einfacher und sicherer macht als bei Li-SO₂-Batterien.
Li/Al-MnO₂, "ML"	Mangandioxid		3 V
Li/Al-MnO₂, "ML"	Wiederaufladbar. Die Anode ist eine Lithium-Aluminium-Legierung. Hauptsächlich von Maxell vermarktet.
Li/Al-V₂O₅, "VL"	Vanadium-Pentoxid		3 V
Li/Al-V₂O₅, "VL"	Wiederaufladbar. Die Anode ist eine Li-Al-Legierung.
Li-Se	Selen	nicht-wässrige Karbonat-Elektrolyte	1.9 V
Li- Luft	Poröser Kohlenstoff	Organisch, wässrig, Glaskeramik (Polymer-Keramik-Verbundwerkstoffe)			1800–660	1600–600
Li- Luft	Wiederaufladbar. Seit 2012 gibt es keine kommerzielle Umsetzung, da es schwierig ist, mehrere Entladezyklen ohne Kapazitätsverlust zu erreichen. Es gibt mehrere mögliche Implementierungen, die jeweils unterschiedliche Energiekapazitäten, Vor- und Nachteile haben. Im November 2015 hat ein Forscherteam der Universität Cambridge die Arbeit an Lithium-Luft-Batterien vorangetrieben und ein Ladeverfahren entwickelt, das die Lebensdauer und die Effizienz der Batterie verlängern kann. Ihre Arbeit führte zu einer Batterie, die eine hohe Energiedichte und einen Wirkungsgrad von über 90 % aufweist und bis zu 2.000 Mal wiederaufgeladen werden kann. Die Lithium-Luft-Batterien werden als die "ultimativen" Batterien bezeichnet, da sie eine hohe theoretische Energiedichte aufweisen, die bis zum Zehnfachen der Energie herkömmlicher Lithium-Ionen-Batterien beträgt. Sie wurden erstmals 1996 von Abraham & Jiang in einer Forschungsumgebung entwickelt. Toyota hat im September 2021 ein Fahrzeug mit einer funktionstüchtigen Festkörperbatterie vorgestellt. Aus Kostengründen plant das Unternehmen, sie 2025 in einem Hybridfahrzeug einzusetzen, bevor es die Technologie auf vollelektrische Fahrzeuge ausweitet. Andere Unternehmen, die an der Kommerzialisierung arbeiten, sind QuantumScape und Solid Power (finanziert von der Ford Motor Company und BMW).
Li-FePO₄	Lithium-Eisen-Phosphat	Ethylencarbonat-Dimethylcarbonat (EC-DMC) 1-1 Lithiumperchlorat (LiClO ₄) 1M	3.0 ~ 3.2 V	3.2 V	90–160	325 Wh/L (1200 kJ/L)
Li-FePO₄	Die spezifische Kapazität von LiFePO ₄ ist höher als die des verwandten Lithium-Kobalt-Oxids (LiCoO ₂), aber seine Energiedichte ist aufgrund der niedrigeren Betriebsspannung geringer. Der größte Nachteil von LiFePO ₄ ist seine geringe elektrische Leitfähigkeit. Aufgrund der niedrigen Kosten, der geringen Toxizität, der gut definierten Leistung, der langfristigen Stabilität usw. LiFePO ₄ eine Reihe von Einsatzmöglichkeiten in Fahrzeugen, bei stationären Anwendungen im Versorgungsbereich und bei der Notstromversorgung.

Die University of California San Diego hat eine Elektrolytchemie entwickelt, mit der Lithiumbatterien bei Temperaturen von bis zu -60 °C betrieben werden können. Die Elektrolyte ermöglichen auch den Betrieb von elektrochemischen Kondensatoren bei bis zu -80 °C. Die bisherige Tieftemperaturgrenze liegt bei -40 °C. Die hohe Leistung bei Raumtemperatur wird beibehalten. Dies kann die Energiedichte und Sicherheit von Lithiumbatterien und elektrochemischen Kondensatoren verbessern. ⓘ

Vorteile von Lithiumbatterien gegenüber anderen Primärzellen mit wässrigen Elektrolyten (beispielsweise Alkali-Mangan-Batterie oder Zink-Kohle-Batterie) sind eine höhere Energiedichte und spezifische Energie, die hohe Zellspannung, die sehr lange Lagerfähigkeit durch geringe Selbstentladung sowie der weite Temperaturbereich für Lagerung und Betrieb. ⓘ

Anwendungen

Lithiumbatterien werden in vielen kritischen Geräten mit langer Lebensdauer eingesetzt, z. B. in Herzschrittmachern und anderen implantierbaren elektronischen medizinischen Geräten. Für diese Geräte werden spezielle Lithium-Iodid-Batterien verwendet, die für eine Lebensdauer von 15 oder mehr Jahren ausgelegt sind. Bei anderen, weniger kritischen Anwendungen, z. B. in Spielzeugen, kann die Lithiumbatterie das Gerät sogar überdauern. In solchen Fällen ist eine teure Lithiumbatterie möglicherweise nicht kosteneffizient. ⓘ

Lithiumbatterien können in vielen Geräten wie Uhren und Kameras anstelle von herkömmlichen Alkalizellen verwendet werden. Obwohl sie teurer sind, bieten Lithiumzellen eine viel längere Lebensdauer und minimieren so den Batteriewechsel. Es ist jedoch zu beachten, dass die Lithiumzellen eine höhere Spannung entwickeln, bevor sie als Ersatz für Geräte verwendet werden, in denen normalerweise Zinkzellen zum Einsatz kommen. ⓘ

Lithiumbatterien erweisen sich auch in ozeanographischen Anwendungen als wertvoll. Lithiumbatterien sind zwar erheblich teurer als Standardbatterien für die Ozeanografie, haben aber eine bis zu dreimal höhere Kapazität als Alkalibatterien. Die hohen Kosten für die Wartung abgelegener ozeanografischer Instrumente (in der Regel auf Schiffen) rechtfertigen häufig diese höheren Kosten. ⓘ

Größen und Formate

Kleine Lithiumbatterien werden sehr häufig in kleinen, tragbaren elektronischen Geräten verwendet, z. B. in PDAs, Uhren, Camcordern, Digitalkameras, Thermometern, Taschenrechnern, BIOS (Firmware) von Personalcomputern, Kommunikationsgeräten und fernbedienbaren Autoschlössern. Sie sind in vielen Formen und Größen erhältlich, wobei eine gängige Variante die 3-Volt-Manganbatterie ist. Die übliche CR2032-Batterie hat einen Durchmesser von 20 mm und eine Dicke von 3,2 mm, wobei die ersten beiden Ziffern für den Durchmesser und die letzten beiden Ziffern für die Dicke stehen. Eine CR2025 hat denselben Durchmesser von 20 mm, ist aber 2,5 mm dick. ⓘ

Die hohen elektrischen Anforderungen vieler dieser Geräte machen Lithiumbatterien zu einer besonders attraktiven Option. Insbesondere können Lithiumbatterien problemlos den kurzen, hohen Strombedarf von Geräten wie Digitalkameras decken und eine höhere Spannung über einen längeren Zeitraum aufrechterhalten als Alkalizellen. ⓘ

Beliebtheit

Lithium-Primärbatterien machen in Japan 28 % aller verkauften Primärbatterien aus, in der Schweiz jedoch nur 1 %. In der EU sind nur 0,5 % aller Batterieverkäufe, einschließlich Sekundärbatterien, Lithium-Primärbatterien. ⓘ

Sicherheitsfragen und Regulierung

Das Bestreben der Computerindustrie, die Batteriekapazität zu erhöhen, kann die Grenzen empfindlicher Komponenten wie des Membranseparators, einer nur 20-25 μm dicken Polyethylen- oder Polypropylenfolie, austesten. Die Energiedichte von Lithiumbatterien hat sich seit ihrer Einführung im Jahr 1991 mehr als verdoppelt. Wenn die Batterie mehr Material enthält, kann der Separator unter Stress geraten. ⓘ

Probleme bei schneller Entladung

Lithiumbatterien können extrem hohe Ströme liefern und sich sehr schnell entladen, wenn sie kurzgeschlossen werden. Obwohl dies für Anwendungen, bei denen hohe Ströme erforderlich sind, nützlich ist, kann eine zu schnelle Entladung einer Lithiumbatterie - insbesondere wenn die Zellen Kobalt enthalten - zu einer Überhitzung der Batterie (die den elektrischen Widerstand des Kobaltanteils in der Zelle verringert), zum Bruch und sogar zu einer Explosion führen. Lithium-Thionylchlorid-Batterien sind für diese Art der Entladung besonders anfällig. Verbraucherbatterien verfügen in der Regel über einen Überstrom- oder Wärmeschutz oder über Entlüftungsöffnungen, um eine Explosion zu verhindern. ⓘ

Flugreisen

Am 1. Januar 2013 wurden von der IATA wesentlich strengere Vorschriften für die Beförderung von Lithiumbatterien im Luftverkehr eingeführt. Sie wurden vom Internationalen Postverein übernommen; einige Länder, z. B. das Vereinigte Königreich, haben jedoch beschlossen, dass sie Lithiumbatterien nur dann akzeptieren, wenn sie mit den von ihnen betriebenen Geräten mitgeliefert werden. ⓘ

Aufgrund der oben genannten Risiken sind der Versand und die Beförderung von Lithiumbatterien in einigen Fällen eingeschränkt, insbesondere die Beförderung von Lithiumbatterien auf dem Luftweg. ⓘ

Die United States Transportation Security Administration hat mit Wirkung vom 1. Januar 2008 Beschränkungen für Lithiumbatterien im aufgegebenen Gepäck und im Handgepäck angekündigt. Die Vorschriften verbieten die Mitnahme von Lithiumbatterien, die nicht in ein Gerät eingebaut sind, im aufgegebenen Gepäck und schränken die Mitnahme von Lithiumbatterien im Handgepäck nach dem Gesamtlithiumgehalt ein. ⓘ

Die australische Post hat 2010 den Transport von Lithiumbatterien in der Luftpost verboten. ⓘ

Die britischen Vorschriften für den Transport von Lithiumbatterien wurden 2009 vom National Chemical Emergency Centre geändert. ⓘ

Ende 2009 haben zumindest einige Postverwaltungen den Luftpostversand (einschließlich des Expressdienstes) von Lithiumbatterien, Lithium-Ionen-Batterien und Produkten, die diese enthalten (wie Laptops und Mobiltelefone), eingeschränkt. Zu diesen Ländern gehören Hongkong, die Vereinigten Staaten und Japan. ⓘ

Methamphetamin-Labore

Unbenutzte Lithiumbatterien sind eine günstige Quelle für Lithiummetall, das in Methamphetamin-Labors als Reduktionsmittel verwendet wird. Insbesondere reduziert Lithiummetall Pseudoephedrin und Ephedrin zu Methamphetamin in der Birch-Reduktionsmethode, bei der Lösungen von in wasserfreiem Ammoniak gelösten Alkalimetallen verwendet werden. ⓘ

Einige Gerichtsbarkeiten haben Gesetze erlassen, die den Verkauf von Lithiumbatterien einschränken, oder Unternehmen aufgefordert, freiwillige Einschränkungen vorzunehmen, um die Einrichtung illegaler Meth-Labors einzudämmen. Im Jahr 2004 wurde berichtet, dass Wal-Mart-Geschäfte den Verkauf von Einweg-Lithiumbatterien in Missouri auf drei Packungen und in anderen Bundesstaaten auf vier Packungen beschränken. ⓘ

Gesundheitsprobleme bei Verschlucken

Knopfzellenbatterien sind für kleine Kinder attraktiv und werden häufig verschluckt. Obwohl die Gesamtzahl der in einem Jahr verschluckten Knopfzellenbatterien in den letzten 20 Jahren nicht gestiegen ist, haben Forscher einen 6,7-fachen Anstieg des Risikos festgestellt, dass ein Verschlucken zu einer mittelschweren oder schweren Komplikation führt, und einen 12,5-fachen Anstieg der Todesfälle, wenn man das letzte Jahrzehnt mit dem vorhergehenden vergleicht.

KEEP OUT OF REACH OF CHILDREN Symbol gemäß IEC 60086-4 für Knopfzellen (Lithium-Knopfzellen) mit einem Durchmesser von 20 mm und mehr

Der primäre Verletzungsmechanismus beim Verschlucken von Knopfbatterien ist die Bildung von Hydroxid-Ionen an der Anode, die schwere Verätzungen verursachen. Dies ist ein elektrochemischer Effekt der intakten Batterie und erfordert nicht, dass das Gehäuse aufgebrochen oder der Inhalt freigesetzt wird. Zu den Komplikationen gehören Ösophagusstrikturen, tracheo-ösophageale Fisteln, Stimmbandlähmung, aorto-ösophageale Fisteln und Tod. Die meisten Verschluckungen werden nicht beobachtet; die Symptome sind unspezifisch; die Batteriespannung hat sich erhöht; die 20- bis 25-mm-Knopfbatterien bleiben eher am Krikopharynx stecken; und innerhalb von 2 Stunden können schwere Gewebeschäden auftreten. Die 3-V-Lithiumbatterie CR2032 mit 20 mm Durchmesser wird für viele der Komplikationen verantwortlich gemacht, die sich aus dem Verschlucken von Knopfbatterien durch Kinder unter 4 Jahren ergeben. ⓘ

Während die einzige Heilung für eine Ösophagus-Impaktion die endoskopische Entfernung ist, fand eine Studie von Rachel R. Anfang und Kollegen vom Children's Hospital of Philadelphia aus dem Jahr 2018 heraus, dass die frühzeitige und häufige Einnahme von Honig oder Sucralfat-Suspension vor der Entfernung der Batterie den Schweregrad der Verletzung erheblich reduzieren kann. Das US-amerikanische National Capital Poison Center (Poison Control) empfiehlt daher die Einnahme von Honig oder Sucralfat nach bekanntem oder vermutetem Verschlucken, um das Risiko und den Schweregrad von Verletzungen der Speiseröhre und damit der angrenzenden Strukturen zu verringern. ⓘ

Knopfbatterien können auch erhebliche nekrotische Verletzungen verursachen, wenn sie in der Nase oder den Ohren stecken. Die Präventionsbemühungen in den USA, die von der National Button Battery Task Force in Zusammenarbeit mit führenden Industrieunternehmen unternommen wurden, haben zu Änderungen bei der Verpackung und dem Design der Batteriefächer in elektronischen Geräten geführt, um den Zugang von Kindern zu diesen Batterien zu verringern. In der Bevölkerung und in der medizinischen Fachwelt ist das Bewusstsein für die Gefahren dieser Batterien jedoch immer noch nicht ausreichend vorhanden. Der Central Manchester University Hospital Trust warnt, dass "viele Ärzte nicht wissen, dass dies zu Schäden führen kann". ⓘ

Transport von Lithiumbatterien

Die Vorschriften für die Entsorgung und das Recycling von Batterien sind sehr unterschiedlich; lokale Behörden können zusätzliche Anforderungen zu den nationalen Vorschriften stellen. In den Vereinigten Staaten rät ein Hersteller von Lithium-Eisendisulfid-Primärbatterien, dass verbrauchte Zellen in haushaltsüblichen Mengen über den Hausmüll entsorgt werden können, da die Batterie keine von den US-Bundesvorschriften kontrollierten Stoffe enthält. ⓘ

Ein anderer Hersteller weist darauf hin, dass Lithiumbatterien der Größe "Knopf" Perchlorat enthalten, das in Kalifornien als gefährlicher Abfall eingestuft ist. ⓘ

Da sich Lithium in gebrauchten, aber nicht funktionierenden (d. h. über längere Zeit gelagerten) Knopfzellen wahrscheinlich immer noch im Kathodenbecher befindet, ist es möglich, kommerziell nutzbare Mengen des Metalls sowie Mangandioxid und spezielle Kunststoffe aus solchen Zellen zu gewinnen. Manche legieren das Lithium auch mit Magnesium (Mg), um Kosten zu sparen, und diese Zellen sind besonders anfällig für die erwähnte Störung. ⓘ

Gefahrguteinstufung

Lithiumbatterien sind grundsätzlich als Gefahrgut der Klasse 9 eingestuft und haben die UN-Nummern

UN 3090: Lithium-Metall-Batterien
UN 3091: Lithium-Metall-Batterien in Ausrüstung oder Lithium-Metall-Batterien, mit Ausrüstung verpackt
UN 3480: Lithium-Ionen-Batterien
UN 3481: Lithium-Ionen-Batterien in Ausrüstung oder Lithium-Ionen-Batterien, mit Ausrüstung verpackt ⓘ

Für kleine Lithiumbatterien gelten nicht die vollen Gefahrgutvorschriften. Hierunter fallen folgende Batterien:

Lithium-Ionen-Zellen mit einer Nennenergie von höchstens 20 Wh
Lithium-Ionen-Batterien mit einer Nennenergie von höchstens 100 Wh
Lithium-Metall-Zellen mit einem Lithium-Gehalt von höchstens 1 g
Lithium-Metall-Batterien mit einem Lithium-Gehalt von höchstens 2 g ⓘ

Lufttransport

Bei dem Transport von Lithiumbatterien per Flugzeug sind die Vorschriften der IATA Dangerous Goods Regulations zu beachten. Details werden in den Verpackungsvorschriften 965 bis 970 geregelt. ⓘ

Straßentransport und Beförderung auf der Schiene

Beim Transport auf der Straße und der Schiene müssen die Vorschriften des ADR und des RID beachtet werden. Für kleine Lithiumbatterien sind die Regelungen in der Sondervorschrift 188 festgelegt. ⓘ

Allgemeines

Zerlegte Lithiumbatterie (Knopfzelle Type CR2032) ⓘ

Wegen des Standardpotentials von etwa −3,05 Volt (dem niedrigsten aller chemischen Elemente) und der daraus realisierbaren hohen Zellspannung sowie der theoretisch hohen spezifischen Kapazität von 3,86 Ah/g ist Lithium ein „ideales“ Material für negative Elektroden elektrochemischer Zellen. ⓘ

Die hohe Reaktivität von elementarem Lithium (beispielsweise mit Wasser oder bereits mit feuchter Luft) ist allerdings bei der praktischen Umsetzung problematisch. Deshalb können in Lithiumbatterien ausschließlich nicht wässrige, aprotische Elektrolytlösungen, wie zum Beispiel Propylencarbonat, Acetonitril oder Dimethoxyethan, oder Festelektrolyte verwendet werden. ⓘ

Zur Erhöhung der Leitfähigkeit werden wasserfreie Elektrolytsalze (wie zum Beispiel Lithiumperchlorat LiClO₄) zugesetzt. Die Entwicklung von Lithiumbatterien begann in den 1960er Jahren. ⓘ

Die negative Elektrode, die Anode, besteht außer aus Lithium meist aus leitendem Graphit. Beides ist in einem polymeren Binder suspendiert, der auf einem elektrischen Leiter (Metallfolie) als Film zum Ableiten der bei der Oxidation entstehenden Elektronen aufgebracht ist. Als Binder werden Polyvinylidenfluorid (PVDF) oder Polyethylenglycol (PEG) verwendet. Neuere Forschungen gehen dahin, Alginate in Verbindung mit feinverteiltem Silizium einzusetzen. Damit erreicht man deutlich höhere Stromdichten. Außerdem quellen die Alginat-Binder weniger als die meist benutzten PVDF-Binder. Als positive Elektrode, die Kathode, werden je nach Batterietyp unterschiedliche Oxidationsmittel benutzt. Klassisch und am häufigsten verwendet wird Mangandioxid, gefolgt von Graphitfluorid wie bei der Lithium-Kohlenstoffmonofluorid-Batterie. ⓘ