Een vergelijking van de NMC / NCA Lithium-ion batterij en LFP Battery
| Jerry Huang
Momenteel zijn er twee gangbare batterijtechnologieën op de markt voor volledig elektrische voertuigen: lithium-ijzerfosfaat (LFP)-batterijen en NMC/NCA-lithiumbatterijen. Deze twee soorten batterijen concurreren in veel toepassingsgebieden/scenario's, en het zwaarste concurrentieveld is in de elektrische voertuigindustrie, die de grootste hoeveelheid lithiumbatterijen in China verbruikt.
Er is al lang een vergelijking tussen deze twee soorten lithium-ionbatterijen. De vergelijking van kosteneffectiviteit kan eenvoudig worden gemaakt door de prijzen en marktfeedback van de EV met bovenstaande batterijen te vergelijken. Maar laten we voor de batterijprestaties eens kijken naar enkele details van de NMC/NCA-batterij en LFP-batterij door voorwaarden in te stellen en experimentele gegevens ervan te observeren voor een beter begrip.
Volgens de experimenten van batterijlaboratoria, fabrikanten van elektrische voertuigen en fabrikanten van lithium-ionbatterijen, hoewel elke test subtiele verschillende gegevens kan hebben, is de conclusie van hun voor- en nadelen meestal duidelijk. Belangrijker nog, de markt heeft zijn eigen keuze gemaakt en die gaat nog steeds door.
Energiedichtheid ---- Volgens de huidige technologie is de energiedichtheid van een commerciële NMC-lithiumbatterij met één cel ongeveer 230 ~ 250 Wh / kg, en de Panasonic NCA-batterij haalt het ongeveer 322 Wh / kg; terwijl de energiedichtheid van de LFP-lithiumbatterij in 2020 in feite rond de 130 ~ 160 Wh/kg schommelt, kunnen sommige in de buurt van 190 Wh/kg komen, maar het is erg moeilijk om 200 Wh/kg te overschrijden (Gotion High-Tech haalt het hoger dan dat in laboratorium dit jaar). NCA/NMC-batterijen worden meestal toegepast in auto's die minder stroom verbruiken en die een hoge snelheid en een groot bereik bevorderen. Theoretisch kunnen auto's die NCA-lithiumbatterijen gebruiken verder rijden dan auto's die hetzelfde aantal LFP-batterijen gebruiken; en LFP-voertuigen worden momenteel bij voorkeur gekozen als stadsbussen, omdat de actieradius daarvan niet groot is en ze op korte afstand kunnen worden opgeladen in steden, waar gemakkelijk veel laadpalen kunnen worden gebouwd.
Ruimtebezetting ---- Kies BYD als u bussen en Tesla voor auto's wilt. Dankzij de hogere energiedichtheid kan een enkele NMC/NCA-batterijcel de helft van de ruimte besparen dan een LFP-batterij, wat erg belangrijk is voor auto's met beperkte ruimte. Dus we kunnen het zien in de commerciële markt, Tesla focust op NMC/NCA-batterijen en BYD produceert LFP-batterijen. Dus er is een gezegde in de Chinese EV-markt: "Kies BYD als je bussen wilt en Tesla voor auto's". Terwijl dit jaar, in maart 2020, BYD hun nieuwe LFP-batterijpakket aankondigde, waardoor 50% ruimte werd bespaard ten opzichte van hun vorige pakket, en positieve verkopen behaalden met hun Han EV-sedan geïnstalleerd met de Blade Battery. Tegelijkertijd onthulde Tesla ook hun nieuwe Model 3 aangedreven door LFP-batterij van CATL.
Veiligheid ---- Het belangrijkste van alles is dat de reden voor het kiezen van een LFP-batterij voor stadsbussen de essentiële zorg voor veiligheid is. Er zijn veel brandongevallen geweest met Tesla-auto's van consumenten sinds Tesla Model S op de markt is gebracht, hoewel de directe oorzaak van brand kan verschillen. Een reden is dat het batterijpakket van Tesla is samengesteld uit meer dan 7.000 eenheden Panasonic / Tesla NCA lithiumbatterijen. Als deze eenheden of het hele batterijpakket een interne kortsluiting heeft, kunnen ze open vuur veroorzaken, zelfs grote brand, vooral bij auto-ongelukken; gelukkig gaat het beter. Hoewel LFP-materiaal veel minder snel zal verbranden bij kortsluiting, en de weerstand tegen hoge temperaturen veel beter is dan die van NCA/NMC-lithiumbatterijen.
Weerstand bij lage en hoge temperaturen ---- De lithium-ijzerfosfaat (LFP) -batterij presteert beter vanwege zijn hoge temperatuurbestendigheid, terwijl NCA / NMC beter is vanwege zijn lage temperatuurbestendigheid. Laat me een voorbeeld introduceren. Bij een temperatuur van -20℃ kan de NMC lithiumbatterij 70,14% van zijn capaciteit vrijgeven; terwijl de lithium-ijzerfosfaat (LFP) -batterij slechts 54,94% kan vrijgeven. Het ontlaadspanningsplateau van de NMC-lithiumbatterij is veel hoger en begint eerder dan dat van de LFP-batterij bij lage temperatuur. Daarom is de NMC-batterij een betere keuze voor toepassingen bij lage temperaturen.
Oplaadefficiëntie ---- De oplaadefficiëntie van de NMC / NCA-lithiumbatterij is hoger dan die van de LFP-batterij. Het opladen van lithiumbatterijen maakt gebruik van stroomregeling en spanningsregeling. Dat wil zeggen, opladen met constante stroom wordt eerst toegepast, wanneer de stroom- en oplaadefficiëntie relatief hoog zijn. Nadat de lithiumbatterij een bepaalde spanning heeft bereikt, schakelt de oplader over naar de tweede fase van opladen met constante spanning, in deze periode zijn de stroom- en laadefficiëntie laag. Om de laadefficiëntie van een lithiumbatterij te meten, gebruiken we een verhouding tussen de laadcapaciteit bij constante stroom en de volledige capaciteit, de "constante stroomverhouding" genoemd. De experimentele gegevens over de constante stroomverhouding laten zien dat er weinig verschil is tussen NMC/NCA- en LFP-batterijen die ze opladen bij een temperatuur lager dan 10℃, maar het is heel anders bij een hogere temperatuur. Hier is een voorbeeld, wanneer we ze opladen bij 20 , is de constante stroomverhouding van de NMC-lithiumbatterij 52,75%, wat vijf keer zo hoog is als die van de lithiumijzerfosfaat (LFP) -batterij (10,08 %).
Levensduur ---- De levensduur van de lithium-ijzerfosfaat (LFP) -batterij is beter dan de NMC / NCA-lithiumbatterij. De theoretische levensduur van de NMC-lithiumbatterij is 2000 cycli, maar de capaciteit vervaagt snel om 60% te behouden wanneer deze 1000 cycli loopt; zelfs de bekendste Tesla NCA-batterij kan slechts 70% van zijn capaciteit behouden na 3000 cycli, terwijl de lithium-ijzerfosfaat (LFP) batterij na 3000 cycli 80% blijft.
Bovenstaande vergelijking geeft een globaal beeld van de voor- en nadelen van NMC/NCA accu en LFP accu. De LFP-lithiumbatterij is veilig, heeft een lange levensduur en is goed bestand tegen hoge temperaturen; en NMC/NCA-lithiumbatterij heeft een hoge energiedichtheid, is licht in gewicht, efficiënt bij het opladen en is goed bestand tegen lage temperaturen. Deze verschillen maken ze tot twee belangrijke keuzes in de markt voor uiteenlopende toepassingen.
Tegenwoordig kiezen NMC (Ni-rijke typen) en NCA-batterijfabrikanten voor lithiumhydroxide-monohydraat batterijkwaliteit als lithiumbron voor kathodemateriaal. De productie van LFP-batterijen door middel van hydrothermische methodes maakt ook gebruik van lithiumhydroxide, hoewel de meeste fabrikanten van LFP-batterijen kiezen voor lithiumcarbonaat. Hier is een foto van het verbruik van lithiumhydroxide op de Chinese markt in 2018, ter referentie. 