Lithium-Plating erklärt: was beim Laden unter 0 Grad in der Zelle passiert

Was Lithium-Plating ist und wann es entsteht

Ein Winterabend: Der E-Scooter kommt aus dem eiskalten Hof in den Flur, das Ladegerät steckt sofort, und die Anzeige klettert wie immer. Genau in diesem Moment kann in der Zelle ein Teil der Ladung den falschen Weg nehmen. Statt in die Graphitstruktur der negativen Elektrode einzuwandern, werden Lithium-Ionen an deren Oberfläche zu metallischem Lithium. Diese unerwünschte Nebenreaktion heißt Lithium-Plating; so beschreibt es eine viel zitierte Übersichtsarbeit zum Schnellladen von Tomaszewska und Kollegen aus dem Jahr 2019. Wörtlich übersetzt heißt der Begriff Lithiumbeschichtung oder Lithiumabscheidung. Gemeint ist ein dünner Metallbelag auf der Anodenoberfläche, wo die Zelle eigentlich gar nichts speichern soll.

Drei Bedingungen machen Lithium-Plating wahrscheinlich, und sie verstärken sich gegenseitig. Die erste ist Kälte, weil sie das Einwandern in den Graphit bremst. Die zweite ist ein hoher Ladestrom, weil dann mehr Ionen pro Sekunde ankommen, als der Graphit aufnehmen kann. Die dritte ist ein hoher Ladezustand, weil im fast vollen Graphit weniger freie Plätze übrig sind. Forscher des Forschungszentrums Jülich und der TU München haben es 2017 in einem Satz zusammengefasst: Je größer der Strom und je niedriger die Temperatur, desto wahrscheinlicher scheidet sich Lithium als Metall auf der Oberfläche ab. Warum Kälte schon beim Entladen Leistung kostet, ganz ohne Plating, erklärt der Beitrag zum Lithium-Ionen-Akku bei Kälte.

Für dich ist die wichtigste Folge schnell erzählt. Von außen merkst du nichts, das Ladegerät meldet keinen Fehler. Im Inneren kann trotzdem ein Teil der Ladung als Metall verloren gehen, und dieser Verlust summiert sich mit jedem kalten Ladevorgang. Deshalb steht in den Anleitungen von Bosch, Shimano und TQ für E-Bike-Akkus übereinstimmend eine Ladetemperatur ab 0 °C, und Zelldatenblätter wie das der Molicel INR-21700-P42A nennen denselben unteren Wert.

Der Normalfall: wie Lithium in den Graphit einzieht

Graphit besteht aus übereinandergestapelten Kohlenstoffschichten, die wie die Seiten eines Buches aufeinanderliegen. Beim Laden schiebt das Ladegerät Elektronen in die Anode. Die Lithium-Ionen wandern durch den Elektrolyten nach und schlüpfen zwischen diese Schichten. Die Fachsprache nennt diesen Vorgang Interkalation. Beim Entladen läuft er rückwärts.

Auf dem Weg dorthin muss jedes Ion mehrere Hürden nehmen. Es muss seine Hülle aus Lösungsmittelmolekülen abstreifen, die dünne Schutzschicht auf der Anode durchqueren, die als SEI bezeichnet wird, und schließlich in die Kanten der Graphitschichten eintreten. Über die Kanten der Schichten gelingt dieser Eintritt deutlich leichter als über die flachen Ebenen. Jeder dieser Schritte braucht Zeit. Und jeder wird bei Kälte langsamer.

Solange der Graphit die ankommenden Ionen schnell genug aufnimmt, ist alles in Ordnung. Die Zelle nimmt Ladung auf, die Spannung steigt gleichmäßig, und beim nächsten Entladen kommt fast alles wieder heraus. Lithium-Plating ist der Fall, in dem diese Aufnahme nicht mehr hinterherkommt und die Ionen einen kürzeren, aber falschen Weg nehmen.

Warum Kälte die Einlagerung kippen lässt

Damit Lithium sich als Metall abscheiden kann, muss das Potenzial der Anode in die Nähe des Potenzials von metallischem Lithium kommen oder darunter fallen. Fachleute sagen dazu, das Anodenpotenzial sinkt gegen null Volt bezogen auf eine Lithium-Referenzelektrode. Graphit arbeitet ohnehin sehr dicht an dieser Grenze, und genau das macht ihn laut der Übersichtsarbeit so attraktiv für eine hohe Energiedichte und zugleich so anfällig für Plating. Viel Abstand gibt es also schon im Warmen nicht.

Kälte nimmt diesen knappen Abstand weg. Wenn das Einwandern in den Graphit träge wird, stauen sich die Ionen an der Oberfläche, und das Ladegerät muss eine höhere Spannung aufbringen, um denselben Strom durch die Zelle zu drücken. Dieser Spannungsaufschlag heißt Überspannung, und an der Anode verschiebt er das Potenzial genau in die falsche Richtung, nämlich Richtung Lithiummetall. Ist die Grenze erreicht, wird die Abscheidung auf der Oberfläche leichter als der Weg in den Graphit. Dann kippt der Vorgang.

Ein Bild hilft beim Merken. Stell dir einen Parkplatz mit enger Einfahrt vor, an dem morgens viele Autos gleichzeitig ankommen. Bei Wärme ist die Schranke schnell. Alle finden ihren Platz. Bei Kälte öffnet die Schranke im Zeitlupentempo, die Schlange wächst, und irgendwann parken die ersten Autos einfach auf dem Gehweg davor. Diese Falschparker sind das abgeschiedene Lithium, und manche von ihnen kommen nie wieder in den regulären Verkehr zurück.

Ladestrom, Ladezustand, Zellaufbau: die anderen Auslöser

Kälte ist der bekannteste Auslöser, aber nicht der einzige, und deshalb ist 0 °C keine Naturkonstante, sondern eine Herstellerfestlegung mit Sicherheitsreserve. Die Forschung beschreibt Lithium-Plating zuerst als Problem des Schnellladens: Es tritt vor allem auf, wenn bei hohem Strom das Anodenpotenzial an die Lithiumgrenze stößt. Die Übersichtsarbeit zitiert Messungen mit einem Präzisionsladegerät, nach denen sich schon bei einem Ladestrom von C/2 und zwölf Grad etwas Lithium abschied. Lithium-Plating ist damit kein Phänomen, das erst unter null Grad einsetzt, sondern eines, das mit sinkender Temperatur und steigendem Strom immer wahrscheinlicher wird.

Der Ladestrom wird dabei oft in der Einheit C angegeben, also im Verhältnis zur Kapazität; ein Strom von 1C würde den Akku rechnerisch in einer Stunde füllen. Wie diese Rechnung funktioniert und warum sie für jede Zelle gilt, steht im Beitrag zur C-Rate als Maß für die Belastung. Das NIPV, das niederländische Institut für öffentliche Sicherheit, hält in seiner Literaturstudie fest, dass die schädlichen Effekte beim Laden unter null Grad mit höherem Ladestrom noch stärker ausfallen, und rät deshalb gerade vom Schnellladen bei Kälte ab. Für einen 36-Volt-Fahrradakku spricht das Institut ab einem Ladestrom von drei Ampere von Schnellladen.

Der Ladezustand spielt mit, weil ein fast voller Graphit weniger freie Plätze bietet. Die Übersichtsarbeit nennt ausdrücklich fehlendes aufnahmefähiges Anodenmaterial als Faktor, der Plating begünstigt, und beschreibt, dass Schnellladen typischerweise nur bis etwa 80 Prozent Ladezustand möglich ist, weil der Strom danach zurückgenommen werden muss. Dazu kommt der Zellaufbau: Wie viel Anodenmaterial im Verhältnis zur Kathode verbaut ist und wie die Elektroden beschaffen sind, entscheidet mit darüber, wie viel Reserve eine Zelle hat. Zwei Akkus mit gleicher Nennkapazität reagieren deshalb nicht gleich.

Was zurückkehrt und was bleibt

In vielen Ratgebern steht, Lithium-Plating sei vollständig irreversibel. Die Forschung zeichnet ein genaueres Bild. Eine Entwarnung ist es trotzdem nicht. Forscher der TU München haben 2014 mit Neutronenstrahlen in eine laufende Zelle geschaut, ohne sie zu öffnen. Bei minus 20 Grad nahm bei schnellem Laden bis zu 19 Prozent des Lithiums, das sonst am Laden und Entladen teilnimmt, die metallische Form an, und je schneller geladen wurde, desto mehr. Das ist eine Messung an einem Zelltyp bei minus 20 Grad und schnellem Laden, keine allgemeine Quote.

In einer anschließenden Ruhephase von 20 Stunden reagierte ein Teil dieses metallischen Lithiums mit dem Graphit und wanderte doch noch zwischen die Schichten ein. Die Forscher beschreiben das als eine Art verspäteten, langsamen Ladevorgang. Sie betonen aber ausdrücklich, dass nur ein Teil des Lithium-Plating reversibel ist. Die Übersichtsarbeit zum Schnellladen beschreibt denselben Ablauf: Ein Teil wird in der Ruhe- oder Entladephase wieder eingelagert oder abgelöst, der Rest verliert den elektrischen Kontakt zur Anode und steht als sogenanntes totes Lithium nicht mehr zur Verfügung.

Unterm Strich bleibt also ein dauerhafter Verlust, auch wenn er kleiner ausfallen kann als das, was zunächst abgeschieden wurde. Battery University spricht von einer dauerhaften Verschlechterung von Leistung und Sicherheit, das NIPV von permanenter Degradation. Für deinen Alltag heißt das: Wie viel ein einzelner kalter Ladevorgang kostet, lässt sich nicht beziffern; er kostet aber etwas, und viele davon kosten viel. Wie groß der Anteil ist, der zurückkehrt, hängt von Temperatur, Strom und Zelle ab. Für einen bestimmten Akku lässt er sich nicht vorhersagen. Beim Fahren wird überwiegend entladen, deshalb entsteht dort in aller Regel kein Plating. Eine Ausnahme ist die Energierückgewinnung: Wer beim Bremsen Strom zurückspeist, lädt den Akku kurz, und wie Hersteller das bei Kälte begrenzen, beschreiben die uns vorliegenden Anleitungen nicht.

Was Lithium-Plating in der Zelle anrichtet

Die erste Folge ist ein Kapazitätsverlust. Jedes Lithium-Atom, das als totes Metall auf der Anode endet, fehlt künftig beim Laden und Entladen, und die Fachliteratur spricht hier vom Verlust an zyklisierbarem Lithium. Eine Alterungsstudie aus dem Jahr 2015 hat Lithium-Plating als den gravierendsten Alterungsprozess bei tiefen Temperaturen herausgearbeitet. Dort führten der Verlust an zyklisierbarem Lithium und an aktivem Material zum Kapazitätsabfall.

Die zweite Folge betrifft die Leistung. Abgeschiedenes Lithium kann die Poren der Anode und die Menge an verfügbarem Elektrolyten verringern, was den Ionentransport erschwert und den Innenwiderstand erhöht. Die dritte Folge sind Nebenreaktionen: Metallisches Lithium ist reaktiver als Graphit und reagiert mit dem Elektrolyten, wodurch neue Schutzschicht wächst, Gas entsteht und Elektrolyt verbraucht wird. Die Zelle altert also weiter, auch wenn der Ladevorgang längst vorbei ist.

Wie das Metall wächst, ist ebenfalls beschrieben. Zunächst bildet es kleine Tröpfchen, deren Oberfläche sofort mit dem Elektrolyten reagiert und eine Schutzschicht bildet. Wächst darunter weiteres Lithium nach, steigt der mechanische Druck, bis die Hülle aufbricht und das Metall in einer moosartigen Struktur herauswächst. Selbst solches vergleichsweise gleichmäßiges Plating bindet laut der Übersichtsarbeit deutlich mehr Lithium als die normale Alterung, und genau das macht es so teuer für die Lebensdauer.

Dendriten und Sicherheit: was belegt ist

Unter bestimmten Bedingungen lagert sich weiteres Lithium bevorzugt dort ab, wo schon Metall liegt, und bildet nadelförmige Strukturen. Diese heißen Dendriten, und sie sind der Grund, warum Lithium-Plating auch ein Sicherheitsthema ist. Wächst ein Dendrit durch den Separator bis zur positiven Elektrode, entsteht ein innerer Kurzschluss, der die Zelle schnell erwärmt. Das NIPV beschreibt diesen Ablauf als Extremfall einer langen Kette, nicht als typische Folge eines einzelnen kalten Ladevorgangs.

Die Fachliteratur ordnet das nüchtern ein. In den meisten Fällen schmilzt die entstehende Wärme den Dendriten sofort und unterbricht den Kurzschluss wieder, der Temperaturanstieg kann aber weitere Alterungsprozesse anstoßen. Battery University ergänzt, dass Zellen mit Lithium-Plating anfälliger für Ausfälle sind, wenn sie Vibrationen oder anderen Belastungen ausgesetzt werden. Die Forscher aus Jülich und München schreiben, dass Plating in Extremfällen zu Kurzschlüssen und sogar zum Brand einer Batterie führen kann.

Daraus folgt eine Einordnung ohne Panik. Verharmlosen solltest du es trotzdem nicht. Dass ein einmal kalt geladener E-Bike-Akku zum Brandsatz wird, steht in keiner der genannten Quellen. Wiederholtes Laden in der Kälte erhöht aber die Menge an abgeschiedenem Metall, und mit ihr wächst das Risiko für einen inneren Fehler. Was in einer Zelle bei einem solchen Fehler genau abläuft und wie sich Wärme im Pack ausbreitet, beschreibt der Beitrag zu Thermal Runaway in der Zelle und im Pack.

LFP, NMC, Lithiumtitanat: auf die Anode kommt es an

Bei der Frage nach Lithium-Plating zählt vor allem die Anode, nicht die Kathode. Ob ein Akku mit Nickel-Mangan-Kobalt-Oxid, mit Nickel-Kobalt-Aluminium-Oxid oder mit Lithium-Eisenphosphat arbeitet, ändert nichts daran, dass die negative Elektrode in aller Regel aus Graphit besteht. Graphit liegt nah am Lithiumpotenzial, und deshalb unterliegen alle diese Chemien demselben Mechanismus. Die Werte, die Hersteller als Ladegrenze angeben, liegen entsprechend nah beieinander.

Die Ausnahme ist Lithiumtitanat als Anodenmaterial. Diese Zellen zeigen kein Lithium-Plating, weil Lithiumtitanat mit rund 1,55 Volt gegenüber Lithium arbeitet: Die Zelle kommt beim Laden kaum in die Nähe der kritischen Grenze. Der Preis dafür ist eine niedrigere Zellspannung und damit weniger Energie pro Zelle, weshalb Graphit trotz seiner Plating-Neigung das Standardmaterial bleibt.

Für LFP-Akkus gibt es noch eine Besonderheit im Alltag, die mit Plating nur mittelbar zu tun hat. Die Spannungskurve von Eisenphosphat ist sehr flach, sodass ein BMS den Ladezustand schwerer aus der Spannung ablesen kann, und die Ladeanzeige springt eher. Was das für das Laden im Auto und am Scooter bedeutet und wie LFP mit Kälte umgeht, beschreibt der Beitrag zum LiFePO4-Akku richtig laden.

Wie Hersteller ihre Akkus schützen

Gegen Lithium-Plating gibt es vier technische Hebel, und je nach Fahrzeugklasse kommen unterschiedlich viele davon zum Einsatz. Der einfachste ist eine Ladesperre: Das BMS oder das Ladegerät lässt unterhalb einer Mindesttemperatur keinen Strom in die Zelle. Battery University nennt Ladegeräte, die das Laden unter dem Gefrierpunkt verhindern. Wie ein BMS mit Temperaturgrenzen beim Laden arbeitet, steht im eigenen Beitrag dazu.

Der zweite Hebel ist weniger Strom. Battery University zitiert Forschungsarbeiten, nach denen bei minus 30 Grad ein Ladestrom von 0,02C zulässig wäre, was die Ladezeit auf über 50 Stunden streckt und deshalb praktisch nicht taugt. Spezialzellen lassen sich laut derselben Quelle bis minus zehn Grad laden, aber nur mit reduziertem Strom, mit eigenen Ladegeräten und mit einer niedrigeren Ladeschlussspannung von etwa 4,00 statt 4,20 Volt je Zelle, was die nutzbare Energie auf rund 80 Prozent begrenzt. Das ist der dritte Hebel: weniger tief laden, damit der Graphit Reserve behält.

Der vierte Hebel ist Wärme. Das niederländische Institut beschreibt Akkupacks mit eingebautem Heizelement, das beim Laden unter null Grad anspringt, und hält fest, dass Elektroautos solche Funktionen in der Regel als Teil des Batteriemanagements an Bord haben, E-Bikes und Scooter nach Kenntnis des Instituts aber nicht. Beim Auto zeigt sich das als reduzierte Ladeleistung an der Säule, bis die Batterie warm ist, wie der Beitrag zur sinkenden Ladeleistung bei kalter Batterie erklärt. Elektrische Schneemobile gehen denselben Weg, etwa das Lynx Adventure Electric, das seine Batterie nach Herstellerangabe vor dem Laden auf 25 Grad bringt.

Was das für E-Bike, E-Scooter und Werkzeugakku heißt

E-Bikes, E-Scooter und Werkzeugakkus haben in aller Regel keine Heizung im Akku, und damit liegt der wichtigste Schutz bei dir. Die Reihenfolge ist einfach. Erst aufwärmen, dann laden. Bosch, Shimano und TQ nennen für ihre E-Bike-Akkus eine Ladetemperatur von 0 bis 40 Grad, und Bosch rät zusätzlich, einen kalten Akku an besonders kalten Tagen in einen beheizten Raum zu holen. Der Ratgeber zum E-Bike-Akku bei Kälte laden zeigt die Herstellertabelle und die Abläufe nach der Winterfahrt Schritt für Schritt.

Das NIPV formuliert seine Empfehlungen ähnlich: Ladegerät und Akku bei einer Umgebungstemperatur zwischen null und 45 Grad betreiben, im Winter nur laden, wenn es im Schuppen über null Grad hat, und beim Schnellladen mit höherem Strom mindestens fünf Grad einhalten. Lädt der Akku deshalb drinnen, rät das Institut, im Raum zu bleiben und Akku und Ladegerät regelmäßig auf übermäßige Wärme zu prüfen. Für E-Scooter mit fest verbautem Akku bedeutet das, dass das ganze Fahrzeug in den warmen Raum muss; was dabei zu beachten ist, beschreibt der Ratgeber E-Scooter im Winter.

Lässt sich Lithium-Plating erkennen?

Im Labor ja. Im Alltag kaum. Forschungseinrichtungen öffnen Zellen und untersuchen die Anode unter dem Elektronenmikroskop, mit Kernspinresonanz oder mit Röntgenbeugung. Diese Methoden setzen meist voraus, dass die Zelle zerlegt oder eigens dafür gebaut wird. Die TU München hat Lithium-Plating mit Neutronenstrahlen in einer intakten Zelle verfolgt, und Jülich und die TU München haben 2017 ein Verfahren auf Basis der Elektronenspinresonanz vorgestellt, das metallisches Lithium direkt von eingelagertem unterscheidet. Die niederländische Studie zeigt eine geöffnete Anode, auf der nach hundert Ladezyklen unter dem Gefrierpunkt weiße Punkte aus abgeschiedenem Lithium sichtbar sind.

Ohne Öffnen der Zelle bleiben indirekte Spuren. Wird das Lithium aus dem Lithium-Plating in der Ruhephase oder beim Entladen wieder abgelöst, zeigt sich das als kurzes Spannungsplateau, das sich mit einer Auswertung der Spannungsableitung sichtbar machen lässt. Die Übersichtsarbeit warnt aber ausdrücklich: Fehlt ein solches Plateau, beweist das nicht, dass kein Plating stattgefunden hat. Langfristig verraten sich die Folgen als schnellerer Kapazitätsverlust und steigender Widerstand, nur sind diese Zeichen nicht eindeutig, weil Alterung durch Hitze oder Tiefentladung ähnlich aussieht.

Für dich heißt das: Du wirst einen kalten Ladevorgang am Akku nicht ablesen können, weder an der Anzeige noch am Ladegerät. Merkst du über Wochen, dass der Akku auch im Warmen spürbar weniger Reichweite hat oder unter Last stärker einbricht, kann Plating eine von mehreren Ursachen sein. Wie ein gealterter Akku unter Last einbricht und wie du das im Alltag misst, zeigt der Beitrag zum Spannungseinbruch durch Alterung.

Häufige Fragen

Einordnung: woher die Angaben kommen

Der Mechanismus stützt sich auf wissenschaftliche Übersichtsarbeiten, Pressemitteilungen deutscher Forschungseinrichtungen und eine Literaturstudie eines niederländischen Instituts, die Grenzwerte auf Datenblätter und Herstellerunterlagen. Wissenschaftliche Arbeiten und Herstellerunterlagen stehen hier im Klartext und ohne Link. Stand aller Angaben: Oktober 2026.