Porównanie NMC / NCA litowo-jonowa bateria i LFP
| Jerry Huang
Obecnie na rynku dostępne są dwie główne technologie akumulatorów do pojazdów całkowicie elektrycznych: akumulator litowo-żelazowo-fosforanowy (LFP) i akumulatory litowe NMC/NCA. Te dwa rodzaje baterii konkurują w wielu dziedzinach zastosowań / scenariuszach, a najtrudniejszą dziedziną konkurencji jest przemysł pojazdów elektrycznych, który zużywa największą ilość baterii litowych w Chinach.
Od dawna porównywano te dwa typy akumulatorów litowo-jonowych. Porównanie opłacalności można łatwo przeprowadzić, porównując ceny i informacje zwrotne na rynku pojazdów elektrycznych wykorzystujących powyższe akumulatory. Ale jeśli chodzi o wydajność baterii, przyjrzyjmy się niektórym szczegółom baterii NMC/NCA i baterii LFP, ustawiając warunki, obserwując dane eksperymentalne dla lepszego zrozumienia.
Zgodnie z eksperymentami przeprowadzonych w laboratoriach akumulatorów, producentów pojazdów elektrycznych i producentów akumulatorów litowo-jonowych, chociaż każdy test może zawierać subtelnie różne dane, wnioski dotyczące ich zalet i wad wydają się być jasne. Co ważniejsze, rynek dokonał własnego wyboru i nadal trwa.
Gęstość energii ---- Przy obecnej technologii gęstość energii komercyjnej jednoogniwowej baterii litowej NMC wynosi około 230 ~ 250 Wh / kg, a bateria Panasonic NCA ma około 322 Wh / kg; podczas gdy gęstość energii baterii litowej LFP w 2020 r. wynosi w zasadzie 130 ~ 160 Wh/kg, niektóre mogą zbliżyć się do 190 Wh/kg, ale bardzo trudno jest przekroczyć 200 Wh/kg (Gotion High-Tech osiąga wyższą wartość niż w laboratorium w tym roku). Akumulator NCA/NMC stosowany jest głównie w samochodach zużywających mniej energii i na korzyść dużej prędkości i dużego zasięgu. Teoretycznie samochody korzystające z baterii litowych NCA mogą jechać dalej niż te, które używają tej samej liczby baterii LFP; a pojazdy LFP są obecnie preferowane jako autobusy miejskie, ponieważ ich zasięg nie jest duży i można je ładować w niewielkiej odległości w miastach, gdzie można łatwo zbudować wiele stosów ładowania.
Zajęcie przestrzeni ---- Wybierz BYD, jeśli chcesz autobusy i Teslę do samochodów. Dzięki wyższej gęstości energii pojedyncze ogniwo NMC/NCA może zaoszczędzić połowę miejsca niż akumulator LFP, co jest bardzo ważne w przypadku samochodów o ograniczonej przestrzeni. Widzimy to na rynku komercyjnym, Tesla koncentruje się na baterii NMC/NCA, a BYD produkuje baterię LFP. Na chińskim rynku pojazdów elektrycznych jest takie powiedzenie: „Wybierz BYD, jeśli chcesz autobusy i Teslę do samochodów”. W tym roku, w marcu 2020 r., BYD ogłosił swój nowy zestaw akumulatorów LFP, oszczędzając 50% miejsca w porównaniu z poprzednim pakietem, i uzyskał pozytywną sprzedaż dzięki sedanowi Han EV z zainstalowanym akumulatorem Blade. W tym samym czasie Tesla zaprezentowała również swój nowy Model 3 zasilany baterią LFP firmy CATL.
Bezpieczeństwo ---- Co najważniejsze, powodem wyboru baterii LFP do autobusów miejskich jest zasadnicza troska o bezpieczeństwo. Od czasu wprowadzenia Tesli Model S na rynek miało miejsce wiele wypadków pożarowych z samochodami Tesla, chociaż bezpośrednia przyczyna pożaru może być inna. Jednym z powodów jest to, że akumulator Tesli składa się z ponad 7000 jednostek baterii litowej Panasonic / Tesla NCA. Jeśli te jednostki lub cały pakiet akumulatorów ma wewnętrzne zwarcie, mogą generować otwarte płomienie, nawet duży pożar, zwłaszcza w wypadku samochodowym; na szczęście się poprawia. Podczas gdy materiał LFP będzie znacznie mniej podatny na spalenie w przypadku zwarcia, a jego odporność na wysokie temperatury jest znacznie lepsza niż w przypadku baterii litowej NCA/NMC.
Odporność na niskie temperatury i wysokie temperatury ---- Akumulator litowo-żelazowo-fosforanowy (LFP) ma lepszą wydajność ze względu na odporność na wysokie temperatury, podczas gdy NCA/NMC jest lepszy ze względu na odporność na niskie temperatury. Pozwólcie, że przedstawię jeden przykład. W temperaturze -20 ℃ bateria litowa NMC może uwolnić 70,14% swojej pojemności; podczas gdy bateria litowo-żelazowo-fosforanowa (LFP) może uwolnić tylko 54,94%. Plateau napięcia rozładowania akumulatora litowego NMC jest znacznie wyższe i zaczyna się wcześniej niż akumulator LFP w niskiej temperaturze. Dlatego akumulator NMC jest lepszym wyborem do zastosowań w niskich temperaturach.
Wydajność ładowania ---- Wydajność ładowania baterii litowej NMC/NCA jest wyższa niż w przypadku baterii LFP. Ładowanie baterii litowej wykorzystuje metodę kontroli prądu i napięcia. Oznacza to, że najpierw stosuje się ładowanie prądem stałym, gdy prąd i wydajność ładowania są stosunkowo wysokie. Po osiągnięciu przez akumulator litowy określonego napięcia ładowarka przechodzi do drugiego etapu ładowania stałym napięciem, w tym czasie prąd i wydajność ładowania są niskie. Aby zmierzyć wydajność ładowania akumulatora litowego, posługujemy się stosunkiem pojemności stałego prądu ładowania do jego pełnej pojemności, zwanym „stosunkiem stałoprądowym”. Z danych eksperymentalnych dotyczących współczynnika stałoprądowego wynika, że między akumulatorami NMC/NCA i LFP ładowanymi w temperaturze niższej niż 10℃ jest niewielka różnica, natomiast w temperaturze wyższej jest zupełnie inaczej. Oto przykład, gdy ładujemy je w temperaturze 20 ℃, współczynnik prądu stałego baterii litowej NMC wynosi 52,75%, czyli pięć razy więcej niż w przypadku baterii litowo-żelazowo-fosforanowej (LFP) (10,08 %).
Cykl życia ---- Żywotność baterii litowo-żelazowo-fosforanowej (LFP) jest lepsza niż baterii litowej NMC/NCA. Teoretyczna żywotność baterii litowej NMC wynosi 2000 cykli, ale jej pojemność szybko zanika, aby zachować 60% po uruchomieniu 1000 cykli; nawet najbardziej znana bateria Tesla NCA może utrzymać tylko 70% swojej pojemności po 3000 cykli, podczas gdy bateria litowo-żelazowo-fosforanowa (LFP) pozostanie 80% po 3000 cykli.
Powyższe porównanie daje ogólny obraz zalet i wad baterii NMC/NCA oraz baterii LFP. Bateria litowa LFP jest bezpieczna, ma długą żywotność i dobrą odporność na wysoką temperaturę; a bateria litowa NMC/NCA ma wysoką gęstość energii, jest lekka, wydajna w ładowaniu, z dobrą odpornością na niskie temperatury. Te różnice sprawiają, że są to dwa główne wybory na rynku do różnych zastosowań.
Obecnie producenci akumulatorów NMC (typy bogate w Ni) i NCA wybierają monohydrat wodorotlenku litu jako źródło litu dla materiału katodowego. Produkcja baterii LFP metodą hydrotermalną wykorzystuje również wodorotlenek litu, chociaż większość producentów baterii LFP wybiera węglan litu. Oto obraz zużycia wodorotlenku litu na rynku chińskim w 2018 roku w celach informacyjnych. 