NMC / NCA 리튬 이온 배터리 및 LFP 배터리의 비교
| Jerry Huang
현재 순수 전기 자동차 시장에는 리튬 인산철(LFP) 배터리와 NMC/NCA 리튬 배터리의 두 가지 주류 배터리 기술이 있습니다. 이 두 가지 유형의 배터리는 많은 응용 분야/시나리오에서 경쟁하며 가장 치열한 경쟁 분야는 중국에서 가장 많은 리튬 배터리를 소비하는 전기 자동차 산업입니다.
이 두 가지 유형의 리튬 이온 배터리를 오랫동안 비교했습니다. 가성비의 비교는 위의 배터리를 사용하는 전기차의 가격과 시장 피드백을 비교하면 쉽게 할 수 있다. 그러나 배터리 성능을 위해 NMC/NCA 배터리와 LFP 배터리에 대한 조건을 설정하고 실험 데이터를 관찰하여 좀 더 자세히 살펴보겠습니다.
배터리 연구실, 전기차 제조사, 리튬이온 배터리 제조사의 실험에 따르면 각 테스트마다 데이터가 미묘하게 다를 수 있지만 장단점에 대한 결론은 분명한 경향이 있습니다. 더 중요한 것은 시장이 스스로 선택했고 지금도 계속되고 있다는 것입니다.
에너지 밀도 ---- 현재 기술에 따르면 상업용 단일 셀 NMC 리튬 배터리의 에너지 밀도는 약 230~250Wh/kg이고 Panasonic NCA 배터리는 약 322Wh/kg을 얻습니다. 2020년 LFP 리튬 배터리의 에너지 밀도는 기본적으로 130~160Wh/kg 정도이지만, 일부는 190Wh/kg에 육박할 수 있지만 200Wh/kg을 넘기는 매우 어렵다. 올해 연구실). NCA/NMC 배터리는 전력 소모가 적고 빠른 속도와 장거리 주행을 선호하는 자동차에 주로 적용됩니다. 이론적으로 NCA 리튬 배터리를 사용하는 자동차는 같은 수의 LFP 배터리를 사용하는 자동차보다 더 멀리 달릴 수 있습니다. LFP 차량은 주행거리가 길지 않고 충전 더미를 많이 쌓을 수 있는 도시에서 근거리 충전이 가능하기 때문에 현재 시내버스로 선택하는 것이 바람직하다.
우주 점유----버스를 원하면 BYD를 선택하고 자동차는 Tesla를 선택하십시오. 더 높은 에너지 밀도의 이점을 누리는 단일 NMC/NCA 배터리 셀은 LFP 배터리보다 공간의 절반을 절약할 수 있으며, 이는 공간이 제한된 자동차에 매우 중요합니다. 그래서 상업용 시장에서 볼 수 있는데 Tesla는 NMC/NCA 배터리에 집중하고 BYD는 LFP 배터리를 생산합니다. 그래서 중국 전기차 시장에는 '버스는 BYD, 자동차는 테슬라를 선택하라'는 말이 있다. 올해 2020년 3월에 BYD는 이전 팩의 50% 공간을 절약하는 새로운 LFP 배터리 팩을 발표했으며 블레이드 배터리가 장착된 Han EV 세단으로 긍정적인 판매를 받았습니다. 동시에 Tesla는 CATL의 LFP 배터리로 구동되는 새로운 Model 3도 공개했습니다.
안전성----무엇보다 시내버스용 LFP 배터리를 선택하는 이유는 무엇보다 안전이 최우선입니다. 직접적인 화재 원인은 다를 수 있지만 Tesla Model S가 출시된 이후 소비자로부터 Tesla 차량에 화재 사고가 많이 발생했습니다. 그 이유 중 하나는 Tesla의 배터리 팩이 Panasonic/Tesla NCA 리튬 배터리 7,000개 이상으로 구성되어 있기 때문입니다. 이러한 장치 또는 전체 배터리 팩에 내부 단락이 있는 경우 특히 자동차 충돌 시 큰 화재가 발생하더라도 화염이 발생할 수 있습니다. 고맙게도 개선되고 있습니다. LFP 재료는 단락이 발생하여 화상을 입을 가능성이 훨씬 적고 고온 저항이 NCA/NMC 리튬 배터리보다 훨씬 우수합니다.
저온 및 고온 저항 ---- 리튬 철 인산염 (LFP) 배터리는 고온 저항에 대한 성능이 더 좋고 NCA / NMC는 저온 저항이 좋습니다. 한 가지 예를 소개하겠습니다. -20℃의 온도에서 NMC 리튬 배터리는 용량의 70.14%를 방출할 수 있습니다. 리튬 인산철(LFP) 배터리는 54.94%만 방출할 수 있습니다. NMC 리튬 배터리의 방전 전압 안정기는 훨씬 높으며 저온에서 LFP 배터리보다 일찍 시작됩니다. 따라서 NMC 배터리는 저온 응용 분야에 더 나은 선택입니다.
충전 효율 ---- NMC / NCA 리튬 배터리의 충전 효율은 LFP 배터리보다 높습니다. 리튬 배터리 충전은 전류 제어 및 전압 제어 방식을 채택합니다. 즉, 전류와 충전 효율이 비교적 높을 때 정전류 충전을 먼저 적용한다. 리튬 배터리가 특정 전압에 도달한 후 충전기는 정전압 충전의 두 번째 단계로 전환되며 이 기간 동안 전류 및 충전 효율이 낮습니다. 리튬 배터리의 충전 효율을 측정하기 위해 "정전류 비율"이라고 하는 정전류 충전 용량과 전체 용량 간의 비율을 사용합니다. 정전류비 실험 데이터에 따르면 NMC/NCA와 LFP 배터리는 10℃ 이하의 온도에서 충전하는 것과 거의 차이가 없지만 그 이상의 온도에서는 상당히 차이가 난다. 예를 들어 20℃에서 충전했을 때 NMC 리튬 배터리의 정전류 비율은 52.75%로 LFP(Lithium Iron phosphate) 배터리(10.08%)의 5배다.
사이클 수명----리튬 인산철(LFP) 배터리의 사이클 수명은 NMC/NCA 리튬 배터리보다 낫습니다. NMC 리튬 배터리의 이론적인 수명은 2000 사이클이지만 1000 사이클을 실행하면 용량이 빠르게 줄어들어 60%를 유지합니다. 가장 잘 알려진 Tesla NCA 배터리조차도 3000회 주기 후에 용량의 70%만 유지할 수 있는 반면, 리튬 인산철(LFP) 배터리는 3000회 주기 후에 80%를 유지합니다.
위의 비교는 NMC/NCA 배터리와 LFP 배터리의 장단점에 대한 대략적인 그림을 제공합니다. LFP 리튬 배터리는 수명이 길고 고온에 대한 내성이 우수하여 안전합니다. NMC / NCA 리튬 배터리는 에너지 밀도가 높고 무게가 가벼우 며 충전이 효율적이며 저온에 대한 내성이 우수합니다. 이러한 차이점으로 인해 다양한 애플리케이션에 대한 시장에서 두 가지 주요 선택이 이루어집니다.
요즘 NMC(Ni-rich 유형) 및 NCA 배터리 제조업체는 양극 재료의 리튬 공급원으로 수산화리튬 일수화물 배터리 등급을 선택합니다. 열수법에 의한 LFP 배터리 생산도 수산화리튬을 사용하지만, 대부분의 LFP 배터리 제조업체는 탄산리튬을 선택합니다. 참고로 2018년 중국 시장의 수산화리튬 소비량 사진입니다. 