Uma comparação de NMC / NCA iões de lítio e LFP bateria
| Jerry Huang
Atualmente, existem duas tecnologias de baterias convencionais no mercado para veículos totalmente elétricos, bateria de lítio-fosfato de ferro (LFP) e baterias de lítio NMC/NCA. Esses dois tipos de bateria competem em muitos campos/cenários de aplicação, e o campo de competição mais difícil é na indústria de veículos elétricos, que consome a maior quantidade de baterias de lítio na China.
Há muito tempo há comparação entre esses dois tipos de baterias de íons de lítio. A comparação de custo-benefício pode ser feita facilmente comparando os preços e feedbacks de mercado do EV usando as baterias acima. Mas para o desempenho da bateria, vamos dar uma olhada em alguns detalhes da bateria NMC/NCA e da bateria LFP definindo condições, observando dados experimentais delas para um melhor entendimento.
De acordo com os experimentos de laboratórios de baterias, fabricantes de veículos elétricos e fabricantes de baterias de íons de lítio, embora cada teste possa ter dados sutis diferentes, a conclusão de suas vantagens e desvantagens tende a ser clara. Mais importante, o mercado fez sua própria escolha e ainda está acontecendo.
Densidade de energia ---- Com a tecnologia atual, a densidade de energia da bateria de lítio comercial de célula única NMC é de cerca de 230 ~ 250 Wh/kg, e a bateria Panasonic NCA obtém cerca de 322 Wh/kg; enquanto a densidade de energia da bateria de lítio LFP está basicamente pairando em torno de 130~160Wh/kg em 2020, algumas podem chegar perto de 190Wh/kg, mas é muito difícil exceder 200Wh/kg (a Gotion High-Tech fica mais alta do que em laboratório este ano). A bateria NCA/NMC é aplicada principalmente em carros que consomem menos energia e favorecem a velocidade rápida e o longo alcance. Teoricamente, carros que usam baterias de lítio NCA podem funcionar mais longe do que aqueles que usam o mesmo número de baterias LFP; e veículos LFP são preferencialmente escolhidos para serem ônibus urbanos atualmente, porque o alcance deles não é longo, e eles podem ser carregados a uma curta distância nas cidades, onde muitas pilhas de carregamento podem ser facilmente construídas.
Ocupação do espaço ---- Escolha BYD se quiser ônibus e Tesla para carros. Beneficiada por uma densidade de energia mais alta, uma única célula de bateria NMC/NCA pode economizar metade do espaço do que uma bateria LFP, o que é muito importante para carros com espaço limitado. Assim, podemos ver isso no mercado comercial, a Tesla se concentra na bateria NMC/NCA e a BYD produz a bateria LFP. Portanto, há um ditado no mercado de EVs da China: "Escolha BYD se quiser ônibus e Tesla para carros". Enquanto este ano, em março de 2020, a BYD anunciou sua nova bateria LFP economizando 50% de espaço em relação à bateria anterior e obteve vendas positivas com seu sedã Han EV instalado com a bateria Blade. Ao mesmo tempo, a Tesla também apresentou seu novo Model 3 alimentado por bateria LFP da CATL.
Segurança ---- Mais importante de tudo, a razão para escolher a bateria LFP para ônibus urbanos é a preocupação essencial de segurança. Houve muitos acidentes de incêndio com carros Tesla de consumidores desde que o Tesla Model S foi lançado no mercado, embora a razão direta do incêndio possa ser diferente. Uma razão é que a bateria da Tesla é composta por mais de 7.000 unidades de bateria de lítio Panasonic / Tesla NCA. Se essas unidades ou toda a bateria tiverem um curto-circuito interno, elas podem gerar chamas abertas até mesmo um grande incêndio, principalmente em acidentes de carro; felizmente está melhorando. Enquanto o material LFP queimará com muito menos probabilidade de encontrar um curto-circuito, e sua resistência a altas temperaturas é muito melhor do que a da bateria de lítio NCA/NMC.
Resistência a baixa temperatura e alta temperatura ---- A bateria de fosfato de ferro de lítio (LFP) tem melhor desempenho por sua resistência a altas temperaturas, enquanto NCA/NMC é melhor por sua resistência a baixas temperaturas. Deixe-me apresentar um exemplo. A uma temperatura de -20℃, a bateria de lítio NMC pode liberar 70,14% de sua capacidade; enquanto a bateria de fosfato de ferro e lítio (LFP) pode liberar apenas 54,94%. O platô de tensão de descarga da bateria de lítio NMC é muito maior e começa mais cedo do que o da bateria LFP em baixa temperatura. Portanto, a bateria NMC é a melhor escolha para aplicações em baixa temperatura.
Eficiência de carregamento ---- A eficiência de carregamento da bateria de lítio NMC/NCA é maior do que a da bateria LFP. O carregamento da bateria de lítio adota o método de controle de corrente e controle de tensão. Ou seja, o carregamento de corrente constante é aplicado primeiro, quando a corrente e a eficiência de carregamento são comparativamente altas. Depois que a bateria de lítio atinge certa tensão, o recarregador muda para o segundo estágio de carregamento de tensão constante, neste período a corrente e a eficiência de carregamento são baixas. Para medir a eficiência de carregamento de uma bateria de lítio, usamos uma relação entre a capacidade de carga de corrente constante e sua capacidade total, chamada de “relação de corrente constante”. Os dados experimentais sobre a relação de corrente constante mostram que há pouca diferença entre as baterias NMC/NCA e LFP carregando-as a uma temperatura inferior a 10 ℃, mas é bem diferente a uma temperatura superior. Aqui está um exemplo, quando os carregamos a 20 ℃, a relação de corrente constante da bateria de lítio NMC é de 52,75%, que é cinco vezes a da bateria de fosfato de ferro de lítio (LFP) (10,08%).
Ciclo de vida ---- O ciclo de vida da bateria de fosfato de ferro de lítio (LFP) é melhor do que a bateria de lítio NMC/NCA. A vida teórica da bateria de lítio NMC é de 2.000 ciclos, mas sua capacidade diminui rapidamente para reter 60% quando executa 1.000 ciclos; mesmo a mais conhecida bateria Tesla NCA pode manter apenas 70% de sua capacidade após 3.000 ciclos, enquanto a bateria de fosfato de ferro e lítio (LFP) permanecerá 80% após 3.000 ciclos.
A comparação acima fornece uma imagem aproximada das vantagens e desvantagens da bateria NMC/NCA e da bateria LFP. A bateria de lítio LFP é segura, com longa vida útil e boa resistência a altas temperaturas; e a bateria de lítio NMC/NCA é de alta densidade de energia, leve, eficiente no carregamento, com boa resistência a baixas temperaturas. Essas diferenças os tornam duas opções principais no mercado para aplicações variadas.
Atualmente, os fabricantes de baterias NMC (tipos ricos em Ni) e NCA escolhem o grau de bateria monohidratada de hidróxido de lítio como fonte de lítio para material catódico. A produção de bateria LFP pelo método hidrotérmico também usa hidróxido de lítio, embora a maioria dos fabricantes de baterias LFP escolha carbonato de lítio. Aqui está uma imagem do consumo de hidróxido de lítio no mercado da China em 2018, para sua referência. 