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Was ist besser, ein Lithium- oder ein NiMh-Akku?

September 12 , 2025

Was ist besser, ein Lithium- oder ein NiMH-Akku?

Dank moderner Technologie entwickelt sich die Batterietechnologie kontinuierlich weiter. Lithium- und Nickel-Metallhydrid-Batterien sind zwei Haupttypen wiederaufladbarer Batterien und bieten jeweils einzigartige Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten. Dieser Artikel bietet eine detaillierte Analyse von Lithium- und Nickel-Metallhydrid-Batterien aus verschiedenen Perspektiven, darunter Energiedichte, Ladezeit, Selbstentladungsrate, Kosten, Sicherheit, Lebensdauer, Umweltfreundlichkeit und verwandte Technologien, um den Lesern ein besseres Verständnis und die Auswahl des richtigen Batterietyps zu ermöglichen.

Energiedichte

Die Energiedichte ist ein wichtiger Leistungsparameter, der sich direkt auf die Lebensdauer, das Volumen und das Gewicht einer Batterie auswirkt. Lithiumbatterien haben typischerweise eine Energiedichte zwischen 150 und 250 Wh/kg, während Nickel-Metallhydrid-Batterien eine Energiedichte von etwa 60 bis 120 Wh/kg aufweisen. Das bedeutet, dass Lithiumbatterien bei gleichem Gewicht mehr Energie liefern können und sich daher für Anwendungen eignen, die eine hohe Energiedichte erfordern, wie z. B. Smartphones und Elektrofahrzeuge.

Lithium ion battery

Ladezeit
Die Ladezeit ist ein entscheidender Faktor für das Benutzererlebnis. Lithiumbatterien laden schnell und sind in der Regel innerhalb von 2–3 Stunden vollständig aufgeladen. Im Gegensatz dazu dauert das Laden von Nickel-Metallhydrid-Batterien länger, in der Regel 3–10 Stunden. Lithiumbatterien sind bei Geräten, die schnell aufgeladen werden müssen, wie Mobiltelefonen und Elektrowerkzeugen, eindeutig im Vorteil.

Selbstentladungsrate
Die Selbstentladungsrate bezeichnet den natürlichen Verlust der Batterieladung bei Nichtgebrauch. Lithiumbatterien haben eine geringere Selbstentladungsrate von etwa 1,5 bis 2 % pro Monat, während Nickel-Metallhydrid-Batterien eine höhere Selbstentladungsrate von 20 bis 30 % pro Monat aufweisen. Das bedeutet, dass Lithiumbatterien ihre Ladung bei längerer Inaktivität besser behalten und sich daher für Notstromversorgungen und Geräte eignen, die längere Zeit nicht verwendet werden.

Kosten
Die Kosten spielen bei der Auswahl einer Batterie eine wichtige Rolle. Nickel-Metallhydrid-Batterien sind kostengünstiger in der Herstellung und relativ erschwinglich. Lithium-Batterien hingegen erfordern einen komplexeren Herstellungsprozess und sind relativ teuer. Dank des technologischen Fortschritts und der Massenproduktion sind ihre Preise jedoch stetig gesunken und setzen sich allmählich auf dem Markt durch. Für Anwendungen mit begrenztem Budget können Nickel-Metallhydrid-Batterien attraktiver sein.

Sicherheit
Sicherheit ist ein zentrales Thema bei der Verwendung von Batterien. Nickel-Metallhydrid-Batterien gelten allgemein als sicherer als Lithiumbatterien, da sie eine geringere spezifische Wärmekapazität und Energiedichte sowie einen Schmelzpunkt von 400 °C aufweisen. Das bedeutet, dass sie sich bei einem Aufprall, Quetschung, Durchstoß oder Kurzschluss nicht so schnell erhitzen und entzünden. Aufgrund der hohen Reaktivität von Lithium-Ionen und der hohen Energiedichte sind einige Rohstoffe für Lithiumbatterien jedoch entflammbar. Ein Kurzschluss kann einen Temperaturanstieg verursachen, der zu einer Selbstentzündung führen kann. Daher bieten Nickel-Metallhydrid-Batterien einen höheren Sicherheitsvorteil.

Lebensdauer
Die Lebensdauer ist ein wichtiger Indikator für die Batterieleistung. Lithium-Ionen-Batterien haben typischerweise eine Lebensdauer von über 1.000 Ladezyklen, während Nickel-Metallhydrid-Batterien eine Lebensdauer von 300–500 Ladezyklen aufweisen. Das bedeutet, dass Lithium-Ionen-Batterien über längere Nutzungsdauern eine bessere Leistung erbringen und sich für Anwendungen eignen, die eine lange Batterielebensdauer erfordern, wie z. B. Elektrofahrzeuge und Energiespeichersysteme.

Umweltleistung
Die Umweltverträglichkeit ist ein zentraler Aspekt moderner Batterietechnologie. Nickel-Metallhydrid-Batterien enthalten keine giftigen Schwermetalle und haben einen hohen Recyclingwert. Lithium-Ionen-Batterien enthalten zwar keine gefährlichen Stoffe wie Cadmium, ihre Herstellung und ihr Recyclingprozess wirken sich jedoch auf die Umwelt aus. Insgesamt bieten Nickel-Metallhydrid-Batterien eine bessere Umweltverträglichkeit.

Anwendungsszenarien
Lithium-Ionen-Akkus werden häufig in Smartphones, Laptops, Elektrofahrzeugen, Elektrowerkzeugen und Speichersystemen für erneuerbare Energien eingesetzt. Ihre hohe Energiedichte, die schnelle Ladezeit und die lange Akkulaufzeit machen sie zur bevorzugten Wahl für diese Hochleistungsgeräte. NiMH-Akkus werden häufiger in Digitalkameras, Kommunikationsgeräten, Kosmetikartikeln und Hybridfahrzeugen eingesetzt. Ihre niedrigen Kosten und die hohe Sicherheit machen sie in diesen Bereichen wettbewerbsfähig.

Ladegeschwindigkeit
Lithiumbatterien laden im Allgemeinen schneller als NiMH-Batterien. Lithiumbatterien können in ein bis drei Stunden vollständig aufgeladen werden, während NiMH-Batterien mehr als zehn Stunden benötigen. Aufgrund ihrer Schnellladefähigkeit eignen sich Lithiumbatterien besser für Anwendungen, die ein schnelles Laden erfordern, wie z. B. Smartphones und Elektrofahrzeuge.

Lademethoden
Lithium- und NiMH-Akkus verwenden unterschiedliche Lademethoden. Lithium-Akkus verwenden typischerweise eine Konstantstrom-Konstantspannung-Lademethode (CCCV), bei der zunächst mit konstantem Strom geladen wird. Sobald die Spannung einen bestimmten Wert erreicht, schaltet der Akku auf konstante Spannung um, bis er vollständig geladen ist. NiMH-Akkus hingegen basieren eher auf Konstantstromladung, was zu geringeren Stromschwankungen und einer gleichmäßigeren Spannung während des Ladevorgangs führt.

Ladeeffizienz
Der Ladewirkungsgrad gibt an, wie effizient eine Batterie während des Ladevorgangs elektrische Energie in chemische Energie umwandelt. Lithium-Ionen-Batterien haben typischerweise einen Coulomb-Ladewirkungsgrad zwischen 80 und 90 %, während Nickel-Metallhydrid-Batterien typischerweise einen Coulomb-Ladewirkungsgrad von 66 % aufweisen. Das bedeutet, dass für jeweils 100 Amperestunden Ladung 150 Amperestunden Ladung benötigt werden. Dies deutet darauf hin, dass Lithium-Ionen-Batterien beim Laden weniger Energie verlieren und effizienter sind.

Temperaturempfindlichkeit
Ni-Metallhydrid-Akkus sind temperaturempfindlich. Ihre Spannung sinkt bei Temperaturschwankungen und kann bei extremen Temperaturen explodieren. Lithium-Ionen-Akkus hingegen sind zwar ebenfalls temperaturempfindlich, vertragen Temperaturschwankungen aber in der Regel besser und halten auch bei hohen Temperaturen eine konstante Spannung.

Ladesicherheit
Ni-Metallhydrid-Akkus gelten generell als sicherer als Lithium-Ionen-Akkus, da sie weniger aktive Komponenten enthalten und dadurch die Wahrscheinlichkeit von Batteriereaktionen sinkt. Aufgrund ihrer chemischen Eigenschaften neigen Lithium-Ionen-Akkus bei Überhitzung oder Überladung eher zum thermischen Durchgehen und benötigen daher Schutzschaltungen, um einen sicheren Betrieb zu gewährleisten.

Wärmeerzeugungsmechanismus und thermisches Modell
Lithium-Ionen-Batterien unterliegen beim Laden und Entladen chemischen Reaktionen, die Wärme erzeugen. Die negative Elektrode einer Lithium-Ionen-Batterie weist eine SEI-Schicht auf. Bei Temperaturen zwischen 80 °C und 120 °C zersetzt sich die SEI-Schicht, wodurch die Batterie übermäßige Wärme erzeugt. Thermische Modelle für Lithium-Ionen-Batterien basieren typischerweise auf der von Bernardi et al. vorgeschlagenen Formel und gehen von einer gleichmäßigen Wärmeentwicklung innerhalb der Batterie aus.

Der Wärmeerzeugungsmechanismus von Nickel-Metallhydrid-Batterien ähnelt dem von Lithium-Ionen-Batterien. Aufgrund der unterschiedlichen chemischen Zusammensetzung und Reaktionseigenschaften können sich jedoch Wärmeerzeugungsrate und thermisches Modell unterscheiden. Nickel-Metallhydrid-Batterien erzeugen beim Laden ebenfalls Wärme, die freigesetzte Wärmemenge ist jedoch im Allgemeinen geringer als bei Lithium-Ionen-Batterien.

Wärmemanagementsystem (BTMS)
Das BTMS für Lithium-Ionen-Akkus ist im Allgemeinen komplexer, da diese temperaturempfindlicher sind. Lithium-Ionen-Akkus haben einen engen Betriebstemperaturbereich mit einer optimalen Betriebstemperatur von etwa 25 °C und einer maximalen Betriebstemperaturdifferenz von nicht mehr als 5 °C. Wärmemanagementsysteme für Lithium-Ionen-Akkus erfordern eine strenge Temperaturkontrolle, um ein thermisches Durchgehen zu verhindern und die Lebensdauer der Akkus zu maximieren. NiMH-Akkus verfügen über relativ einfache Wärmemanagementsysteme, da sie weniger temperaturempfindlich sind. NiMH-Akkus können über einen weiten Temperaturbereich betrieben werden, und extreme Temperaturen beeinträchtigen ihre Leistung und Lebensdauer selten.

Kühltechnologien
Gängige Kühltechnologien für Lithium-Ionen-Batterien sind Luftkühlung, Flüssigkeitskühlung und Phasenwechselmaterialkühlung. Flüssigkeitskühlsysteme werden aufgrund ihrer effizienten Wärmeaustauschfähigkeit häufig für Lithium-Ionen-Batterien eingesetzt, insbesondere in Elektrofahrzeugen. Flüssigkeitskühlsysteme können eine gleichmäßige Batterietemperatur aufrechterhalten und so das Risiko von Leistungseinbußen und thermischem Durchgehen verringern.

NiMH-Akkus können mit Luftkühlung oder einfachen Flüssigkeitskühlungssystemen betrieben werden. Da bei Nickel-Metallhydrid-Akkus das Risiko eines thermischen Durchgehens geringer ist, kann ihr Kühlsystem relativ einfach und kostengünstig gestaltet werden.

Temperaturregelung
Lithium-Ionen-Batterien erfordern eine strengere Temperaturkontrolle. Um die Batterien im optimalen Betriebstemperaturbereich zu halten, ist ein präzises Temperaturkontrollsystem erforderlich. Ein Wärmemanagementsystem für Lithium-Ionen-Batterien kann Komponenten wie Temperatursensoren, Lüfter, Pumpen und Kühlmittel zur aktiven Temperaturkontrolle umfassen.
Ni-Metallhydrid-Batterien erfordern eine weniger strenge Temperaturkontrolle und benötigen möglicherweise nur ein passives Wärmemanagementsystem, beispielsweise einen Kühlkörper oder eine natürliche Konvektionskühlung.

Thermische Sicherheit
Die thermische Sicherheit von Lithium-Ionen-Batterien ist ein wichtiger Aspekt des Wärmemanagements. Der Betrieb von Lithium-Ionen-Batterien bei hohen Temperaturen beschleunigt die elektrochemischen Reaktionsraten, was zu Kapazitätsverlust, verkürzter Batterielebensdauer und sogar Brandgefahr führt. Daher muss ein Wärmemanagementsystem für Lithium-Ionen-Batterien eine Überhitzung verhindern können.
Ni-Metallhydrid-Batterien weisen eine relativ hohe thermische Sicherheit auf, da sie bei Überhitzung weniger heftig reagieren als Lithium-Ionen-Batterien. Ein Wärmemanagementsystem für Nickel-Metallhydrid-Batterien konzentriert sich mehr auf die Aufrechterhaltung der Batterieleistung als auf die Verhinderung eines thermischen Durchgehens.

Vergleich von Lithium-Ionen- und Nickel-Metallhydrid-Batterien

Aspekt	Lithium-Ionen-Akku	Nickel-Metallhydrid (NiMH) Akku
Energiedichte	150–250 Wh/kg, höher, leichter, längere Laufzeit; ideal für Elektrofahrzeuge und Smartphones	60–120 Wh/kg, niedriger; sperriger bei gleicher Kapazität
Ladezeit	2–3 Stunden (Schnellladen wird unterstützt)	3–10 Stunden (langsameres Laden)
Selbstentladungsrate	Niedrig: 1,5–2 %/Monat; hält die Ladung gut	Hoch: 20–30 %/Monat; verliert schnell Ladung
Kosten	Höhere Kosten, aber die Preise sinken mit der Massenproduktion	Niedrigere Kosten, erschwinglicher
Sicherheit	Gefahr des thermischen Durchgehens, bei Missbrauch entflammbar; benötigt Schutzschaltungen	Sicherer, geringere Energiedichte, weniger anfällig für Feuer/Explosion
Lebensdauer	>1000 Ladezyklen (längere Lebensdauer)	300–500 Ladezyklen (kürzere Lebensdauer)
Umweltleistung	Kein giftiges Cadmium, aber Recycling hat Auswirkungen auf die Umwelt	Keine giftigen Schwermetalle, höherer Recyclingwert, umweltfreundlicher
Anwendungsszenarien	Smartphones, Laptops, Elektrofahrzeuge, Elektrowerkzeuge, Energiespeicher	Kameras, kleine Elektronikgeräte, persönliche Geräte, Hybridfahrzeuge
Ladegeschwindigkeit	1–3 Stunden (Schnellladen wird unterstützt)	>10 Stunden (langsam)
Lademethode	CCCV (Konstantstrom → Konstantspannung)	Konstanter Strom (gleichmäßigere Spannung)
Ladeeffizienz	80–90 % (weniger Energieverlust)	~66 % (höherer Energieverlust)
Temperaturempfindlichkeit	Mäßig; kann Schwankungen tolerieren, braucht aber Kontrolle	Hoch; Spannungsabfall bei Temperaturänderungen, Explosionsgefahr bei Extremen
Ladesicherheit	Muss überwacht werden; Gefahr der Überladung/Überhitzung	Sicherer, weniger aktive Komponenten
Wärmeerzeugung	Erzeugt mehr Wärme (Zersetzung der SEI-Schicht 80–120 °C)	Erzeugt insgesamt weniger Wärme
Wärmemanagementsystem (BTMS)	Komplex, enger Temperaturbereich (~25°C optimal), aktive Steuerung erforderlich	Einfacher, größerer Betriebsbereich, weniger anfällig für Extreme
Kühltechnologien	Luft, Flüssigkeit, Phasenwechsel; Flüssigkeitskühlung ist bei Elektrofahrzeugen üblich	Luft- oder einfache Flüssigkeitskühlung; niedrige Kosten
Temperaturregelung	Streng; erfordert Sensoren, Lüfter, Pumpen, Kühlmittel	Entspannt; oft passiv (Kühlkörper, Konvektion)
Thermische Sicherheit	Hohes Risiko bei Überhitzung; kann sich zersetzen, Feuer fangen	Hohe thermische Sicherheit; Fokus auf Leistung, nicht auf Ausreißer

Abschluss

Wenn Sie Wert auf eine hohe Energiedichte, schnelles Aufladen und eine lange Lebensdauer legen, sind Lithiumbatterien die bessere Wahl.
Wenn Sicherheit, Umweltfreundlichkeit und niedrige Kosten wichtiger sind, sind Nickel-Metallhydrid-Batterien die bessere Wahl.

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