Li-Ion Elektrofahrzeug Batteriekonzept. Autosymbol mit EV-Batterien auf hölzernem Schreibtisch mit 3D-Rendering.

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02.03.2026 Fachinformation

Batterien - Frequently Asked Questions (FAQ)

Die Batterie-Experten des VDE beantworten allgemeine Fragen zu Batterien und informieren Sie im Detail zu Lithium-Ionen-Zellen. Erfahren Sie zum Beispiel, wie die Energiespeicher funktionieren, welche Materialien in Batterien verwendet werden, wo diese herkommen, was eine Festkörperbatterie ist und ob Li-Ionen-Zellen einen „Wohlfühlbereich“ haben.

Was sind Zellen, Batterien und Akkumulatoren

Eine Zelle ist die kleinste elektrochemische Grundeinheit, die vereinfacht aus Anode, Kathode, Separator, Elektrolyt, Ableiter und Zellkanne besteht. In einer geladenen Zelle ist Energie in Form von Spannung und Strom gespeichert.

Eine Batterie besteht immer aus einer oder mehreren Zellen, die miteinander verschaltet werden. Batterien werden in primäre und sekundäre Batterien unterschieden. Primäre Batterien können nicht wieder aufgeladen werden. Sekundäre Batterien hingegen können mehrfach geladen und entladen werden. Letztere nennt man auch Akkumulatoren.

Woraus bestehen zum Beispiel Fahrzeugbatterien?

Eine Traktionsbatterie besitzt in der Regel einen modularen Aufbau, bei dem mehrere Batteriemodule zu einem Gesamtpaket zusammengeschaltet werden. Die einzelnen Zellen innerhalb der Module sind in Reihen- oder Parallelschaltung elektrisch miteinander verbunden, um die gewünschte Spannung, Stromstärke und Kapazität zu erreichen.

Zur Überwachung und Steuerung dient ein Batterie-Management-System (BMS), das Spannung, Stromstärke, Temperatur, sowie bspw. Ladezustand kontrolliert. Das BMS sorgt dafür, dass das Modul stets innerhalb seines definierten sicheren Arbeitsbereichs betrieben wird. Dabei kommunizieren meist mehrere Slave-Einheiten auf Modulebene mit einer zentralen Master-Steuereinheit, die die Gesamtkoordination übernimmt.

Zur Temperaturregelung ist häufig eine Kühlplatte integriert, die die entstehende Wärme ableitet und so eine gleichmäßige Betriebstemperatur der Batterie sicherstellt.

Was sind Lithium-Ionen-Zellen?

Lithium-Ionen-Zelle beim Entladen

| VDE

Lithium-Ionen-Zellen sind wiederaufladbare Batterien, die elektrische Energie speichern und abgeben. Sie werden häufig in tragbaren Geräten und Elektrofahrzeugen eingesetzt, weil sie eine hohe Energiedichte und eine lange Lebensdauer besitzen.

Eine einzelne Zelle besteht aus einer Anode (meist aus Graphit), einer Kathode (aus einem Lithiumdotierten Metalloxid), einem Elektrolyten (der das Hin- und Herwandern der Lithium-Ionen zum Ladungsausgleich ermöglicht) und einem Separator, der die beiden Elektroden voneinander trennt und Kurzschlüsse verhindert.

Beim Laden stehen an der Anode Elektronen mit negativer Ladung zur Verfügung. Die Lithium-Ionen, die eine positive Ladung tragen, werden von der negativen Ladung an der Anode angezogen und wandern von der Kathode zur Anode. An der Anode nehmen sie Energie in Form eines Elektrons auf und werden als Lithium-Atom zwischen die Graphitschichten eingelagert. Beim Entladen gibt das interkalierte

Lithium-Atom wieder ein Elektron ab, das über den äußeren Stromkreis zur Kathode wandert und damit elektrische Energie liefert. Die entstehenden Lithium-Ionen bewegen sich zurück zur Kathode und werden dort eingelagert.

Häufige Fragen und Antworten zu Lithium-Ionen-Zellen

Welche Vorteile bieten Lithium-Ionen-Zellen gegenüber anderen Technologien?

Lithium-Ionen-Zellen haben gegenüber vielen anderen Batterietechnologien wichtige Vorteile. Sie besitzen eine hohe Energiedichte, das heißt, sie können viel Energie bei geringem Gewicht und kleiner Größe speichern. Außerdem haben sie keinen Memory-Effekt und können jederzeit nachgeladen werden. Ihre Selbstentladung ist gering, und sie ermöglichen viele Lade- und Entladezyklen. Dadurch sind sie besonders gut für mobile Geräte und Elektrofahrzeuge geeignet.

Welche Parameter einer Lithium-Ionen-Zelle lassen sich durch das Kathodenmaterial bestimmen?

Das Kathodenmaterial einer Lithium-Ionen-Zelle beeinflusst mehrere wichtige Zellparameter. Es bestimmt unter anderem die Spannung der Zelle, da verschiedene Materialien unterschiedliche Elektrodenpotenziale haben. Außerdem beeinflusst es die Kapazität, also wie viel Energie die Zelle speichern kann, sowie die Lebensdauer und die Sicherheit, da manche Materialien stabiler sind und weniger zur Überhitzung neigen. Auch das Lade- und Entladeverhalten hängt stark vom Kathodenmaterial ab.

Welche Anodenmaterialien gibt es?

Bei Lithium-Ionen-Zellen werden verschiedene Anodenmaterialien verwendet. Am häufigsten kommt Graphit zum Einsatz, da es Lithium-Ionen gut aufnehmen kann und stabil ist. Daneben gibt es Lithium-Titanat, das besonders schnelle Lade- und Entladevorgänge erlaubt. Auch Silizium-basierte Anoden werden erforscht, weil sie eine höhere Kapazität als Graphit bieten. Jedes Material hat unterschiedliche Eigenschaften bezüglich Kapazität, Lebensdauer und Ladegeschwindigkeit.

Bei Lithium-Ionen-Zellen werden verschiedene Anodenmaterialien verwendet. Am häufigsten kommt Graphit zum Einsatz, da es Lithium-Ionen gut aufnehmen kann und stabil ist. Daneben gibt es Lithium-Titanat, das besonders schnelle Lade- und Entladevorgänge erlaubt. Auch Silizium-basierte Anoden werden erforscht, weil sie eine höhere Kapazität als Graphit bieten. Jedes Material hat unterschiedliche Eigenschaften bezüglich Kapazität, Lebensdauer und Ladegeschwindigkeit.

Eine Übersicht der Anoden- (grün) und Kathodenmaterialien (blau) sowie deren Elektrodenpotential gegenüber Li/Li+ ist im Bild dargestellt.

Die Spannung der Zelle ergibt sich durch die Differenz zwischen dem Elektrodenpotential der Anode und der Kathode. Durch die unterschiedlichen Spannungen haben die Zellen mit der höheren Spannung in der Regel auch eine höhere gravimetrische Energiedichte (in Wattstunden je Kilogramm [Wh/kg]), weil der Energieinhalt [Wh] von der Nominalspannung abhängt: Nominalspannung [V] x Kapazität [Ah] = Energieinhalt [Wh].

Was macht eine Li-Metall-Batterie aus?

Eine Lithium-Metall-Batterie verwendet anstelle einer Graphit-Anode reines Lithium-Metall. Dadurch kann sie eine deutlich höhere Energiedichte erreichen, da mehr Lithium-Ionen gespeichert werden können. Sie zeichnet sich oft durch eine leichtere Bauweise und eine größere Kapazität aus. Allerdings sind Lithium-Metall-Batterien empfindlicher gegenüber Kurzschlüssen und Überhitzung, weshalb Sicherheitsmaßnahmen besonders wichtig sind. Sie werden vor allem in Spezialanwendungen und der Forschung eingesetzt.

Was sind Festkörperbatterien und was zeichnet sie aus?

Festkörperbatterien (solid-state batteries) sind eine neue Art von Batterien, bei denen der flüssige Elektrolyt durch einen festen Elektrolyten ersetzt wird. Sie zeichnen sich durch eine höhere Sicherheitsstufe aus, da kein auslaufendes oder entzündliches Flüssigelektrolyt vorhanden ist. Außerdem können sie eine höhere Energiedichte erreichen und sind langlebiger. Festkörperbatterien ermöglichen auch den Einsatz von Lithium-Metall-Anoden, was die Speicherkapazität weiter steigern kann. Sie gelten als vielversprechend für zukünftige Elektrofahrzeuge und mobile Geräte.

Wann sind Festkörperbatterien marktreif?

Festkörperbatterien sind technisch vielversprechend, aber noch nicht flächendeckend auf dem Markt. Viele große Hersteller und Forschungsprojekte arbeiten daran, erste kommerzielle Produkte und Pilotlinien in den nächsten Jahren zu realisieren. Für kleine Serien und Demonstrationsanwendungen (z. B. in Prototyp‑Fahrzeugen oder Spezialgeräten) wird um 2026–2028 gerechnet. Für eine breite Markteinführung in Elektrofahrzeugen und anderen Alltagsanwendungen gehen viele Industrie‑Analysen davon aus, dass Festkörperbatterien erst um 2030 oder später wirklich in größeren Stückzahlen verfügbar sein werden, da noch Herausforderungen bei Herstellung, Kosten und Langzeitstabilität gelöst werden müssen.

Haben Li-Ionen-Zellen einen Wohlfühlbereich?

Ja, Lithium-Ionen-Zellen haben einen sogenannten Wohlfühlbereich, in dem sie am besten funktionieren. Dieser liegt meist bei Temperaturen zwischen etwa 20 °C und 40 °C. Innerhalb dieses Bereichs erreichen die Zellen ihre maximale Leistung, Lebensdauer und Sicherheit. Bei zu niedrigen Temperaturen sinkt die Kapazität und Ladefähigkeit, bei zu hohen Temperaturen steigt das Risiko von Alterung oder Überhitzung. Deshalb ist die Einhaltung dieses Temperaturbereichs besonders wichtig für Elektrofahrzeuge und mobile Geräte.

Welche Zellformate setzen sich künftig durch?

Aktuell sind sowohl prismatische als auch Rundzellen und Pouchzellen in der Industrie im Einsatz:

Bei prismatischen Zellen gibt es verschiedene, genormte Formate. So zum Beispiel das Format PHEV2 (91 x 148 x 26,5; Höhe x Länge x Dicke; jeweils in mm), das für hybride Elektrofahrzeuge entwickelt wurde.
Im Bereich der Rundzellen hat sich lange Zeit die 18650 Zelle (18 mm Durchmesser und 65,0 mm Höhe) durchgesetzt und wird momentan in vielen Anwendungen durch die 21700 Zelle ersetzt (21 mm Durchmesser und 70,0 mm Höhe). Diese Formate haben eine feste metallische Außenhülle.
Bei den Pouchzellen, deren Außenhülle aus einem Polymerbeutel besteht, existieren viele verschiedene, häufig kundenspezifische Formate. Ein Anwendungsbereich für Pouchzellen sind Mobiltelefone.

Im Automobil sind derzeit alle Formate im Einsatz. Ähnliches lässt sich auch für Speicherbatterien beobachten. Jedes Zellformat hat dabei typenspezifische Vor- und Nachteile. Aufgrund der vielfältigen Anwendungsmöglichkeiten von Lithium-Ionen-Zellen werden auch in Zukunft alle Zellformate zum Einsatz kommen.

Woher kommt, dass in vielen Zellen eingesetzte Kobalt?

Das in vielen Lithium-Ionen-Zellen verwendete Kobalt stammt überwiegend aus dem Kongo in Afrika, wo es unter teils schwierigen Arbeitsbedingungen abgebaut wird. Kobalt wird als Bestandteil der Kathoden genutzt, da es die Stabilität und Lebensdauer der Zellen verbessert. Wegen sozialer und ökologischer Probleme bemühen sich Hersteller zunehmend, den Kobaltanteil zu reduzieren oder auf Alternativen wie Nickel-reiche Kathoden umzusteigen.

Wird Lithium in der Zukunft knapp werden?

Lithium gilt aktuell als wichtiger Rohstoff für Batterien, und die Nachfrage steigt stark durch Elektrofahrzeuge und Energiespeicher. Obwohl die Lithiumvorkommen weltweit groß sind, könnten kurzfristig Lieferengpässe oder Preissteigerungen auftreten, da der Abbau und die Verarbeitung Zeit brauchen. Langfristig ist es wahrscheinlich, dass durch neue Abbauprojekte, Recycling und alternative Technologien genügend Lithium zur Verfügung stehen wird, sodass ein genereller Mangel eher unwahrscheinlich ist.

Fachexkurs: Wie sicher sind Lithium-Ionen-Zellen?

Lithium-Ionen-Zellen gelten als grundsätzlich sicher, wenn sie korrekt konstruiert, betrieben und geschützt werden. Ihre Sicherheit wird durch integrierte Schutzmechanismen wie Temperatursensoren, Strombegrenzungen und elektronische Batteriemanagementsysteme gewährleistet. Risiken bestehen vor allem bei Überladung, Tiefentladung, Kurzschluss oder mechanischer Beschädigung, da dies zu Überhitzung oder Brand führen kann.

Die Sicherheit von Li-Ionen-Zellen wird durch internationale Normen und Standards geregelt, z. B.:

IEC 62133 – Anforderungen an die Sicherheit von wiederaufladbaren Batterien für den Transport und Gebrauch.
UN 38.3 – Vorschriften für den Transport von Lithium-Batterien, einschließlich Prüfungen wie Stoß, Vibration und Temperaturwechsel.
UL 2054 / UL 1642 – Sicherheitsstandards für Haushalts- und Industriebatterien, insbesondere in den USA.

Diese Normen sorgen dafür, dass Zellen mechanisch, thermisch und elektrisch belastbar sind und im Alltagsgebrauch ein hohes Maß an Sicherheit bieten.