Aufbau einer Lithium-Ionen Sekundärbatterie – Flüssigelektrolyt

Eine Lithium Ionen Sekundärbatterie wird als galvanische Zelle bezeichnet, welche aus zwei Elektroden besteht. An diesen findet, abhängig vom Lade- und Entladeprozess, eine
Oxidation oder Reduktion statt. Dabei werden an der negativen Elektrode Elektronen abgegeben, sodass diese oxidiert wird. Umgekehrt findet an der positiven Elektrode eine Elektronenaufnahme statt, wodurch diese reduziert wird.

Das Funktionsprinzip einer Lithium-Ionen-Sekundärbatterie basiert auf der reversiblen Interkalation von Lithium-Ionen, in die unterschiedlichen Aktivmaterialien der beiden Elektroden durch Redoxreaktionen. Die elektrochemisch aktiven Elektrodenmaterialien sind Lithiummetalloxide (LiMO2) und lithiierte Graphite. Diese beiden haften jeweils durch Zugabe von Bindermaterialien auf den Stromableitern, welche durch einen elektrischen Leiter mit einem Verbraucher verbunden sind. 

Beide Elektroden sind durch einen ionendurchlässigen Separator voneinander getrennt. Als ionischer Leiter zwischen ihnen fungiert der Elektrolyt, welcher Lithium-Ionen enthält und den Stromkreis innerhalb der Zelle schließt. Die in die Graphitanode interkalierten Lithium-Atome werden beim Entladen an der Oberfläche der Elektrode unter Abgabe eines Elektrons oxidiert und als Ionen an den Elektrolyten abgegeben. Da stets der Prozess der Entladung betrachtet wird, gilt die Graphit-Elektrode als negative Elektrode und die Lithiummetalloxid-Elektrode als positive Elektrode .

Die dabei freigesetzten Elektronen werden durch die Graphitstruktur hindurch an den Kupferableiter und über den Verbraucher an die Kathode geleitet. Durch Elektronenaufnahme werden die Lithium-Ionen, welche durch den Elektrolyten zur Kathode gewandert sind, reduziert. Die elektrisch neutralen Lithium-Atome werden anschließend in die Kristallstruktur des Kathodenmaterials eingelagert. Die Reaktion an der Kathode kann wie folgt beschrieben werden:

Während des Ladeprozesses finden die gerade beschriebenen Prozesse in umgekehrter
Reihenfolge statt. Meistens wird jedoch der Vorgang des Entladens betrachtet, womit die Graphit-Elektrode als Anode und die Lithiummetalloxid-Elektrode als Kathode bezeichnet wird.