Una comparación de NMC / NCA de iones de litio y la batería LFP
| Jerry Huang
Actualmente, existen dos tecnologías de baterías principales en el mercado para vehículos totalmente eléctricos, la batería de fosfato de hierro y litio (LFP) y las baterías de litio NMC/NCA. Estos dos tipos de batería compiten en muchos campos/escenarios de aplicación, y el campo de competencia más duro es la industria de vehículos eléctricos, que consume la mayor cantidad de baterías de litio en China.
Durante mucho tiempo ha habido una comparación entre estos dos tipos de baterías de iones de litio. La comparación de la rentabilidad se puede realizar fácilmente comparando los precios y los comentarios del mercado de los vehículos eléctricos que utilizan las baterías anteriores. Pero para el rendimiento de la batería, echemos un vistazo a algunos detalles de la batería NMC/NCA y la batería LFP estableciendo condiciones, observando datos experimentales de ellas para una mejor comprensión.
Según los experimentos de laboratorios de baterías, fabricantes de vehículos eléctricos y fabricantes de baterías de iones de litio, aunque cada prueba puede tener datos sutilmente diferentes, la conclusión de sus ventajas y desventajas suele ser clara. Más importante aún, el mercado ha hecho su propia elección y aún continúa.
Densidad de energía----Con la tecnología actual, la densidad de energía de la batería comercial de litio NMC de celda única es de alrededor de 230 ~ 250 Wh/kg, y la batería NCA de Panasonic alcanza alrededor de 322 Wh/kg; mientras que la densidad de energía de la batería de litio LFP básicamente ronda los 130 ~ 160 Wh/kg en 2020, algunos pueden acercarse a los 190 Wh/kg, pero es muy difícil que supere los 200 Wh/kg (Gotion High-Tech lo hace más alto que eso en laboratorio este año). La batería NCA/NMC se aplica principalmente en automóviles que consumen menos energía y favorecen la velocidad rápida y el largo alcance. En teoría, los automóviles que usan baterías de litio NCA pueden recorrer más distancia que los que usan la misma cantidad de baterías LFP; y los vehículos LFP se eligen preferentemente para ser autobuses urbanos en la actualidad, porque su alcance no es largo y se pueden cargar a corta distancia en las ciudades, donde se pueden construir fácilmente muchas pilas de carga.
Ocupación de espacio---- Elija BYD si quiere autobuses y Tesla para automóviles. Beneficiada de una mayor densidad de energía, una sola celda de batería NMC/NCA puede ahorrar la mitad del espacio que una batería LFP, lo cual es muy importante para automóviles con espacio limitado. Entonces podemos verlo en el mercado comercial, Tesla se enfoca en la batería NMC/NCA y BYD produce la batería LFP. Así que hay un dicho en el mercado de vehículos eléctricos de China: "Elija BYD si quiere autobuses y Tesla para automóviles". Mientras que este año, en marzo de 2020, BYD anunció su nuevo paquete de baterías LFP que ahorra un 50 % de espacio en comparación con su paquete anterior y obtuvo ventas positivas con su sedán Han EV instalado con la batería Blade. Al mismo tiempo, Tesla también presentó su nuevo Model 3 alimentado por batería LFP de CATL.
Seguridad----Lo más importante de todo, la razón para elegir la batería LFP para autobuses urbanos es la preocupación esencial por la seguridad. Ha habido muchos accidentes de incendio con automóviles Tesla por parte de los consumidores desde que se lanzó al mercado el Tesla Model S, aunque la razón directa del incendio puede diferir. Una de las razones es que el paquete de baterías de Tesla está compuesto por más de 7.000 unidades de baterías de litio Panasonic/Tesla NCA. Si estas unidades o todo el paquete de baterías tiene un cortocircuito interno, pueden generar llamas abiertas e incluso un gran incendio, especialmente en un accidente automovilístico; afortunadamente está mejorando. Si bien es mucho menos probable que el material LFP se queme al encontrarse con un cortocircuito, su resistencia a altas temperaturas es mucho mejor que la de la batería de litio NCA/NMC.
Resistencia a baja temperatura y alta temperatura----La batería de fosfato de hierro y litio (LFP) tiene un mejor rendimiento por su resistencia a altas temperaturas, mientras que NCA/NMC es mejor por su resistencia a bajas temperaturas. Permítanme presentarles un ejemplo. A una temperatura de -20 ℃, la batería de litio NMC puede liberar el 70,14 % de su capacidad; mientras que la batería de fosfato de hierro y litio (LFP) solo puede liberar el 54,94%. La meseta de voltaje de descarga de la batería de litio NMC es mucho más alta y comienza antes que la batería LFP a baja temperatura. Por lo tanto, la batería NMC es una mejor opción para aplicaciones a baja temperatura.
Eficiencia de carga----La eficiencia de carga de la batería de litio NMC/NCA es mayor que la de la batería LFP. La carga de la batería de litio adopta el método de control de corriente y control de voltaje. Es decir, la carga de corriente constante se aplica primero, cuando la corriente y la eficiencia de carga son comparativamente altas. Después de que la batería de litio alcanza cierto voltaje, el cargador cambia a la segunda etapa de carga de voltaje constante, en este período la eficiencia de corriente y carga es baja. Para medir la eficiencia de carga de una batería de litio, utilizamos una relación entre la capacidad de carga de corriente constante y su capacidad total, denominada "relación de corriente constante". Los datos experimentales sobre la relación de corriente constante muestran que hay poca diferencia entre las baterías NMC/NCA y LFP que las cargan a una temperatura inferior a 10 ℃, pero es bastante diferente a una temperatura superior a esa. Aquí hay un ejemplo, cuando las cargamos a 20 ℃, la relación de corriente constante de la batería de litio NMC es del 52,75 %, que es cinco veces la de la batería de fosfato de hierro y litio (LFP) (10,08 %).
Ciclo de vida----El ciclo de vida de la batería de fosfato de hierro y litio (LFP) es mejor que el de la batería de litio NMC/NCA. La vida teórica de la batería de litio NMC es de 2000 ciclos, pero su capacidad se desvanece rápidamente para retener el 60 % cuando se ejecuta 1000 ciclos; incluso la batería Tesla NCA más conocida solo puede mantener el 70% de su capacidad después de 3000 ciclos, mientras que la batería de fosfato de hierro y litio (LFP) permanecerá en un 80% después de 3000 ciclos.
La comparación anterior ofrece una imagen aproximada de las ventajas y desventajas de la batería NMC/NCA y la batería LFP. La batería de litio LFP es segura, con ciclo de vida prolongado y buena resistencia a altas temperaturas; y la batería de litio NMC/NCA tiene una alta densidad de energía, peso ligero, carga eficiente y buena resistencia a las bajas temperaturas. Estas diferencias los convierten en dos opciones principales en el mercado para diversas aplicaciones.
Hoy en día, los fabricantes de baterías NMC (tipos ricos en Ni) y NCA eligen el grado de batería de monohidrato de hidróxido de litio como fuente de litio para el material del cátodo. La producción de baterías LFP por método hidrotérmico también utiliza hidróxido de litio, aunque la mayoría de los fabricantes de baterías LFP eligen carbonato de litio. Aquí hay una imagen del consumo de hidróxido de litio en el mercado chino en 2018, para su referencia. 