مقارنة بين NMC / NCA الليثيوم أيون، وبطارية LFP
| Jerry Huang
حاليًا ، هناك تقنيتان رئيسيتان للبطاريات في السوق لجميع السيارات الكهربائية ، بطارية ليثيوم فوسفات الحديد (LFP) وبطاريات الليثيوم NMC / NCA. يتنافس هذان النوعان من البطاريات في العديد من مجالات / سيناريوهات التطبيق ، وأصعب مجال منافسة هو صناعة السيارات الكهربائية ، التي تستهلك أكبر كمية من بطاريات الليثيوم في الصين.
لطالما كانت هناك مقارنة بين هذين النوعين من بطاريات الليثيوم أيون. يمكن إجراء مقارنة فعالية التكلفة بسهولة من خلال مقارنة الأسعار وردود الفعل السوقية للمركبة الكهربائية باستخدام البطاريات المذكورة أعلاه. ولكن بالنسبة لأداء البطارية ، دعنا نلقي نظرة على بعض التفاصيل الخاصة ببطارية NMC / NCA وبطارية LFP من خلال ضبط الظروف ، ومراقبة البيانات التجريبية لها من أجل فهم أفضل.
وفقًا للتجارب من مختبرات البطاريات ومصنعي السيارات الكهربائية ومصنعي بطاريات الليثيوم أيون ، على الرغم من أن كل اختبار قد يحتوي على بيانات مختلفة دقيقة ، فإن استنتاج مزاياها وعيوبها يميل إلى أن يكون واضحًا. الأهم من ذلك ، أن السوق قد اتخذ قراره الخاص وما زال مستمراً.
كثافة الطاقة ---- عند التكنولوجيا الحالية ، تبلغ كثافة الطاقة لبطارية الليثيوم التجارية أحادية الخلية NMC حوالي 230 ~ 250Wh / kg ، وتحصل بطارية Panasonic NCA على حوالي 322Wh / kg ؛ بينما تحوم كثافة طاقة بطارية الليثيوم LFP بشكل أساسي حول 130 ~ 160Wh / kg في عام 2020 ، قد يقترب البعض من 190Wh / kg ، ولكن من الصعب جدًا أن تتجاوز 200Wh / kg (Gotion High-Tech تحصل عليها أعلى من ذلك في مختبر هذا العام). يتم استخدام بطارية NCA / NMC في الغالب في السيارات التي تستهلك طاقة أقل لصالح السرعة العالية والمدى الطويل. نظريًا ، يمكن للسيارات التي تستخدم بطاريات الليثيوم NCA أن تعمل لمسافة أبعد من تلك التي تستخدم نفس العدد من بطاريات LFP ؛ ويفضل اختيار مركبات LFP لتكون حافلات مدينة في الوقت الحالي ، لأن مداها ليس طويلًا ، ويمكن شحنها على مسافة قصيرة في المدن ، حيث يمكن بناء الكثير من أكوام الشحن بسهولة.
شغل الفضاء - اختر BYD إذا كنت تريد حافلات و Tesla للسيارات. بالاستفادة من كثافة الطاقة العالية ، يمكن لخلية بطارية NMC / NCA واحدة توفير نصف المساحة مقارنة ببطارية LFP ، وهو أمر مهم جدًا للسيارات ذات المساحة المحدودة. حتى نتمكن من رؤيتها في السوق التجارية ، تركز Tesla على بطارية NMC / NCA ، وتنتج BYD بطارية LFP. لذلك هناك قول مأثور في سوق السيارات الكهربائية في الصين ، "اختر BYD إذا كنت تريد حافلات وتيسلا للسيارات". أثناء هذا العام في مارس 2020 ، أعلنت BYD عن حزمة بطارية LFP الجديدة التي توفر مساحة بنسبة 50 ٪ من عبوتها السابقة ، وحصلت على مبيعات إيجابية من خلال سيارة Han EV التي تم تركيبها مع Blade Battery. في الوقت نفسه ، كشفت Tesla عن طرازها الجديد 3 الذي يعمل ببطارية LFP من CATL أيضًا.
السلامة - الأهم من ذلك كله ، أن سبب اختيار بطارية LFP لحافلات المدينة هو الشاغل الأساسي للسلامة. كانت هناك العديد من حوادث الحريق لسيارات تسلا من المستهلكين منذ طرح Tesla Model S في السوق ، على الرغم من أن السبب المباشر للحريق قد يختلف. أحد الأسباب هو أن حزمة بطارية Tesla تتكون من أكثر من 7000 وحدة من بطاريات الليثيوم Panasonic / Tesla NCA. إذا كانت هذه الوحدات أو مجموعة البطاريات بأكملها بها دائرة قصر داخلية ، فقد تولد ألسنة اللهب المكشوفة حتى حريق كبير ، خاصة في حادث السيارة ؛ الحمد لله أنها تتحسن. بينما من المرجح أن تحترق مادة LFP عند مواجهة ماس كهربائي ، ومقاومتها لدرجة الحرارة العالية أفضل بكثير من بطارية الليثيوم NCA / NMC.
مقاومة درجات الحرارة المنخفضة ودرجات الحرارة العالية - تتمتع بطارية فوسفات الحديد الليثيوم (LFP) بأداء أفضل لمقاومتها لدرجات الحرارة العالية ، في حين أن NCA / NMC أفضل لمقاومة درجات الحرارة المنخفضة. اسمحوا لي أن أقدم مثالا واحدا. عند درجة حرارة -20 ℃ ، يمكن لبطارية الليثيوم NMC أن تطلق 70.14٪ من سعتها ؛ بينما يمكن لبطارية فوسفات الحديد الليثيوم (LFP) إطلاق 54.94٪ فقط. إن هضبة جهد التفريغ لبطارية الليثيوم NMC أعلى بكثير ، وتبدأ في وقت أبكر من بطارية LFP عند درجة حرارة منخفضة. لذلك ، تعد بطارية NMC خيارًا أفضل للتطبيقات في درجات الحرارة المنخفضة.
كفاءة الشحن - كفاءة شحن بطارية الليثيوم NMC / NCA أعلى من بطارية LFP. يعتمد شحن بطارية الليثيوم على طريقة التحكم في التيار والتحكم في الجهد. أي ، يتم تطبيق الشحن الحالي الثابت أولاً ، عندما تكون الكفاءة الحالية والشحن عالية نسبيًا. بعد أن تصل بطارية الليثيوم إلى جهد معين ، ينتقل جهاز إعادة الشحن إلى المرحلة الثانية من شحن الجهد الثابت ، وفي هذه الفترة تكون كفاءة التيار والشحن منخفضة. لقياس كفاءة الشحن لبطارية الليثيوم ، نستخدم نسبة بين سعة شحن التيار الثابت وسعتها الكاملة تسمى "نسبة التيار الثابت". تُظهر البيانات التجريبية على نسبة التيار الثابت أن هناك فرقًا بسيطًا بين بطاريات NMC / NCA و LFP التي تشحنها عند درجة حرارة أقل من 10 ℃ ، لكنها مختلفة تمامًا عند درجة حرارة أعلى من ذلك. فيما يلي مثال ، عندما نقوم بشحنها عند 20 ℃ ، فإن نسبة التيار الثابت لبطارية الليثيوم NMC هي 52.75٪ ، وهو ما يعادل خمسة أضعاف بطارية فوسفات الحديد الليثيوم (LFP) (10.08٪).
دورة الحياة ---- إن دورة حياة بطارية فوسفات الحديد الليثيوم (LFP) أفضل من بطارية الليثيوم NMC / NCA. يبلغ العمر النظري لبطارية الليثيوم NMC 2000 دورة ، لكن سعتها تتلاشى بسرعة لتحتفظ بنسبة 60٪ عند تشغيلها 1000 دورة ؛ حتى بطارية Tesla NCA الأكثر شهرة يمكنها الحفاظ على 70٪ فقط من سعتها بعد 3000 دورة ، في حين أن بطارية فوسفات الحديد الليثيوم (LFP) ستبقى 80٪ بعد 3000 دورة.
تعطي المقارنة أعلاه صورة تقريبية حول مزايا وعيوب بطارية NMC / NCA وبطارية LFP. بطارية الليثيوم LFP آمنة ، مع دورة حياة طويلة ومقاومة جيدة لدرجة الحرارة العالية ؛ وبطارية الليثيوم NMC / NCA عالية في كثافة الطاقة وخفيفة الوزن وفعالة في الشحن ومقاومة جيدة لدرجة الحرارة المنخفضة. تجعل هذه الاختلافات خيارين رئيسيين في السوق لتطبيقات متنوعة.
في الوقت الحاضر ، تختار NMC (الأنواع الغنية بالنيكل) ومصنعي بطاريات NCA درجة بطارية ليثيوم هيدروكسيد أحادي الهيدرات كمصدر ليثيوم لمواد الكاثود. يستخدم إنتاج بطارية LFP بالطريقة الحرارية المائية أيضًا هيدروكسيد الليثيوم ، على الرغم من أن معظم مصنعي بطاريات LFP يختارون كربونات الليثيوم. فيما يلي صورة لاستهلاك هيدروكسيد الليثيوم في سوق الصين في عام 2018 ، للرجوع إليها. 