Forscher finden Methode, die Akkus bis zu 50 Prozent länger halten lässt

Lithium-Ionen-Akkus kommen unter anderem in Smartphones, Laptops und Elektroautos zum Einsatz. Mit zunehmendem Alter verlieren sie jedoch an Kapazität. Eine Studie mehrerer US-Institutionen, darunter die Stanford University und das SLAC National Accelerator Laboratory, zeigte, dass sich die spätere Lebensdauer bereits während der Herstellung beeinflussen lässt. Bei den untersuchten Batteriezellen war ein hoher Ladestrom während des ersten Ladezyklus mit einer im Durchschnitt rund 50 Prozent längeren Lebensdauer verbunden.

Akku: Schnelle erste Ladung verlängert Lebensdauer

Im Mittelpunkt der Studie steht die sogenannte Formierung. Dabei handelt es sich um einen wichtigen Schritt bei der Herstellung eines Lithium-Ionen-Akkus. Während dieses Prozesses entsteht an der negativen Elektrode die sogenannte Solid Electrolyte Interphase (SEI). Diese Schutzschicht reduziert weitere Reaktionen zwischen Elektrode und Elektrolyt und beeinflusst damit die spätere Alterung der Batterie. Üblicherweise erfolgt die Formierung mit niedrigen Stromstärken, unter anderem um unerwünschtes Lithium-Plating zu verhindern.

Die Forschenden untersuchten 186 Pouchzellen mit einer positiven Elektrode aus einkristallinem NMC532 und einer negativen Elektrode aus künstlichem Graphit. Insgesamt testeten sie 62 unterschiedliche Formierungsbedingungen mit jeweils drei Zellen. Anschliessend wurden die Batterien unter denselben Bedingungen einem Alterungstest unterzogen. Je nach Formierungsverfahren lag die ermittelte Zyklenlebensdauer der Zellen bei rund 400 bis 1300 Zyklen.

Besonders auffällig waren Zellen, die beim ersten Ladezyklus mit hohen Strömen formiert wurden. Diese schnell formierten Zellen erreichten im Datensatz im Durchschnitt eine rund 50 Prozent längere Lebensdauer. Unter einzelnen Versuchsbedingungen stieg die Zyklenlebensdauer sogar um bis zu 70 Prozent.

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25.08.2026

Warum ein anfänglicher Lithiumverlust von Vorteil sein kann

Das Ergebnis erscheint zunächst widersprüchlich. Bei der schnellen Formierung ging mehr nutzbares Lithium verloren. Die Forschenden konnten während der Formierung auch Lithium-Plating elektrochemisch nachweisen. Dabei scheidet sich metallisches Lithium auf der negativen Elektrode ab. Trotzdem wiesen die schnell formierten Zellen im weiteren Betrieb im Durchschnitt eine deutlich längere Lebensdauer auf.

Als entscheidenden Mechanismus identifiziert die Studie eine Verschiebung des Bereichs, in dem die Elektroden anschliessend genutzt werden. Der anfängliche Verlust an Lithium verändert den sogenannten elektrodenspezifischen Nutzungsbereich. Dadurch gelangt die positive Elektrode beim späteren Betrieb weniger stark in einen Bereich hoher Lithiation, in dem die Reaktionskinetik eingeschränkt ist. Gleichzeitig weist die negative Elektrode am oberen Ladeende einen geringeren Lithiumgehalt auf, was die Wahrscheinlichkeit für späteres Lithium-Plating und weiteren Lithiumverlust reduziert. Für den Effekt hoher Formierungsströme führen die Autoren die längere Lebensdauer vor allem auf die veränderte Nutzung der Elektroden zurück.

Auch die Temperatur beeinflusst die Lebensdauer

Neben dem Ladestrom identifizierten die Forschenden die Temperatur während der Formierung als wichtigen Faktor. Bei Zellen, deren beide untersuchten Formierungsströme unter 1C lagen, wiesen die bei 55 Grad Celsius formierten Zellen im Durchschnitt eine rund 57 Prozent höhere Zyklenlebensdauer auf.

Dahinter steckt den Forschenden zufolge ein anderer Mechanismus als bei der schnellen Formierung. Die Daten zeigen bei höheren Formierungstemperaturen einen geringeren Widerstand. Die Autoren vermuten unter Einbezug früherer Forschung, dass günstigere Eigenschaften der SEI für den Lebensdauervorteil verantwortlich sind. Sie weisen zugleich darauf hin, dass dieser Temperatureffekt von der Zusammensetzung des Elektrolyten und insbesondere dessen Zusatzstoffen abhängen kann.

Was die Studie für Smartphone- und E-Auto-Akkus bedeutet

Für Verbraucher liefern die Ergebnisse keinen neuen Ladetrick. Die untersuchte Formierung findet während der Herstellung einer Batteriezelle statt und ist nicht mit dem späteren Aufladen eines Smartphones, Laptops oder Elektroautos gleichzusetzen. Aus der Studie lässt sich deshalb insbesondere nicht ableiten, dass häufiges Schnellladen im Alltag die Lebensdauer eines Akkus verlängert.

Die Erkenntnisse sind vielmehr für die Entwicklung und Produktion von Batteriezellen relevant. Sie zeigen, dass hohe Ladestromstärken während der Formierung nicht zwangsläufig eine kürzere Lebensdauer zur Folge haben und dass die spätere Nutzung der einzelnen Elektroden bei der Optimierung dieses Produktionsschritts berücksichtigt werden sollte. Die Forschenden betonen ausdrücklich, dass sie schnelle Formierung auf Grundlage ihrer Ergebnisse nicht generell als optimales Verfahren empfehlen.

Hinzu kommt, dass die Resultate an einem bestimmten Typ von NMC532/Graphit-Pouchzellen unter definierten Versuchsbedingungen erzielt wurden. Die Studie belegt daher nicht, dass handelsübliche Smartphone-, Laptop- oder Elektroauto-Akkus durch eine entsprechende Formierung generell 50 Prozent länger halten würden. Sie zeigt vielmehr einen Mechanismus auf, der bei der Entwicklung künftiger Formierungsverfahren berücksichtigt werden kann.