Comparaison de NMC / PANE lithium-ion et batterie LFP
| Jerry Huang
Actuellement, il existe deux technologies de batterie courantes sur le marché des véhicules tout électriques, la batterie au lithium fer phosphate (LFP) et les batteries au lithium NMC/NCA. Ces deux types de batteries sont en concurrence dans de nombreux domaines/scénarios d'application, et le domaine de concurrence le plus difficile concerne l'industrie des véhicules électriques, qui consomme la plus grande quantité de batteries au lithium en Chine.
Il existe depuis longtemps une comparaison entre ces deux types de batteries lithium-ion. La comparaison de la rentabilité peut être facilement effectuée en comparant les prix et les retours du marché du VE utilisant les batteries ci-dessus. Mais pour les performances de la batterie, examinons quelques détails de la batterie NMC/NCA et de la batterie LFP en définissant des conditions, en observant leurs données expérimentales pour une meilleure compréhension.
Selon les expériences des laboratoires de batteries, des fabricants de véhicules électriques et des fabricants de batteries lithium-ion, bien que chaque test puisse avoir des données subtilement différentes, la conclusion de leurs avantages et inconvénients tend à être claire. Plus important encore, le marché a fait son propre choix et il continue.
Densité d'énergie ---- Selon la technologie actuelle, la densité d'énergie de la batterie au lithium commerciale NMC à cellule unique est d'environ 230 ~ 250 Wh/kg, et la batterie Panasonic NCA l'obtient d'environ 322 Wh/kg ; alors que la densité d'énergie de la batterie au lithium LFP oscille essentiellement autour de 130 ~ 160Wh/kg en 2020, certaines peuvent approcher 190Wh/kg, mais il est très difficile qu'elle dépasse 200Wh/kg (Gotion High-Tech l'obtient plus élevé que cela en laboratoire cette année). La batterie NCA/NMC est principalement utilisée dans les voitures qui consomment moins d'énergie et en faveur d'une vitesse rapide et d'une longue autonomie. Théoriquement, les voitures utilisant des batteries au lithium NCA peuvent fonctionner plus longtemps que celles utilisant le même nombre de batteries LFP ; et les véhicules LFP sont de préférence choisis pour être des bus urbains à l'heure actuelle, car leur autonomie n'est pas longue et ils peuvent être rechargés sur une courte distance dans les villes, où de nombreuses piles de recharge peuvent être facilement construites.
Occupation de l'espace ---- Choisissez BYD si vous voulez des bus et Tesla pour les voitures. Bénéficiant d'une densité d'énergie plus élevée, une seule cellule de batterie NMC/NCA peut économiser la moitié de l'espace qu'une batterie LFP, ce qui est très important pour les voitures disposant d'un espace limité. Nous pouvons donc le voir sur le marché commercial, Tesla se concentre sur la batterie NMC/NCA et BYD produit une batterie LFP. Il y a donc un dicton sur le marché chinois des véhicules électriques : "Choisissez BYD si vous voulez des bus et Tesla pour les voitures". Alors que cette année en mars 2020, BYD a annoncé son nouveau pack de batterie LFP économisant 50% d'espace par rapport à son pack précédent, et a obtenu des ventes positives avec sa berline Han EV installée avec la batterie Blade. Dans le même temps, Tesla a également dévoilé son nouveau modèle 3 alimenté par une batterie LFP de CATL.
Sécurité ---- Le plus important de tous, la raison du choix de la batterie LFP pour les bus urbains est la préoccupation essentielle de la sécurité. Il y a eu de nombreux incendies avec des voitures Tesla de consommateurs depuis que la Tesla Model S a été mise sur le marché, bien que la raison directe de l'incendie puisse différer. L'une des raisons est que la batterie de Tesla est composée de plus de 7 000 unités de batterie au lithium Panasonic / Tesla NCA. Si ces unités ou l'ensemble de la batterie présentent un court-circuit interne, elles peuvent générer des flammes nues, même de gros incendies, en particulier en cas d'accident de voiture ; heureusement ça s'améliore. Alors que le matériau LFP brûlera beaucoup moins en cas de court-circuit, et sa résistance à haute température est bien meilleure que celle de la batterie au lithium NCA/NMC.
Résistance aux basses températures et aux hautes températures ---- La batterie lithium fer phosphate (LFP) a de meilleures performances pour sa résistance aux hautes températures, tandis que NCA/NMC est meilleure pour sa résistance aux basses températures. Permettez-moi de vous présenter un exemple. À une température de -20℃, la batterie au lithium NMC peut libérer 70,14 % de sa capacité ; tandis que la batterie au lithium fer phosphate (LFP) ne peut libérer que 54,94 %. Le plateau de tension de décharge de la batterie au lithium NMC est beaucoup plus élevé et il commence plus tôt que celui de la batterie LFP à basse température. Par conséquent, la batterie NMC est un meilleur choix pour les applications à basse température.
Efficacité de charge ---- L'efficacité de charge de la batterie au lithium NMC/NCA est supérieure à celle de la batterie LFP. La charge de la batterie au lithium adopte une méthode de contrôle du courant et de la tension. C'est-à-dire qu'une charge à courant constant est appliquée en premier, lorsque le courant et l'efficacité de charge sont relativement élevés. Une fois que la batterie au lithium a atteint une certaine tension, le chargeur passe à la deuxième étape de charge à tension constante, à cette période, le courant et l'efficacité de charge sont faibles. Pour mesurer l'efficacité de charge d'une batterie au lithium, on utilise un rapport entre la capacité de charge à courant constant et sa pleine capacité, appelé « le rapport à courant constant ». Les données expérimentales sur le rapport de courant constant montrent qu'il y a peu de différence entre les batteries NMC/NCA et LFP en les chargeant à une température inférieure à 10℃, mais c'est assez différent à une température supérieure à cela. Voici un exemple, lorsque nous les chargeons à 20℃, le rapport de courant constant de la batterie au lithium NMC est de 52,75 %, soit cinq fois celui de la batterie au lithium fer phosphate (LFP) (10,08 %).
Durée de vie ---- La durée de vie de la batterie au lithium fer phosphate (LFP) est meilleure que la batterie au lithium NMC / NCA. La durée de vie théorique de la batterie au lithium NMC est de 2000 cycles, mais sa capacité s'estompe rapidement pour conserver 60% lorsqu'elle exécute 1000 cycles; même la batterie Tesla NCA la plus connue ne peut conserver que 70% de sa capacité après 3000 cycles, tandis que la batterie au lithium fer phosphate (LFP) restera à 80% après 3000 cycles.
La comparaison ci-dessus donne une image approximative des avantages et des inconvénients de la batterie NMC/NCA et de la batterie LFP. La batterie au lithium LFP est sûre, avec une longue durée de vie et une bonne résistance aux hautes températures ; et la batterie au lithium NMC/NCA a une densité d'énergie élevée, un poids léger, une charge efficace et une bonne résistance aux basses températures. Ces différences en font deux choix majeurs sur le marché pour des applications variées.
De nos jours, les fabricants de batteries NMC (types riches en Ni) et NCA choisissent la qualité de batterie à l'hydroxyde de lithium monohydraté comme source de lithium pour le matériau de cathode. La production de batteries LFP par méthode hydrothermale utilise également de l'hydroxyde de lithium, bien que la plupart des fabricants de batteries LFP choisissent le carbonate de lithium. Voici une image de la consommation d'hydroxyde de lithium sur le marché chinois en 2018, pour votre référence. 