En jämförelse av NMC / NCA litiumjonbatteri och LFP Batteri
| Jerry Huang
För närvarande finns det två vanliga batteriteknologier på marknaden för helelektriska fordon, litiumjärnfosfat (LFP) batteri och NMC/NCA litiumbatterier. Dessa två typer av batterier konkurrerar inom många applikationsområden/scenarier, och det hårdaste konkurrensfältet är inom elfordonsindustrin, som förbrukar den största mängden litiumbatterier i Kina.
Det har länge funnits jämförelser mellan dessa två typer av litiumjonbatterier. Jämförelsen av kostnadseffektivitet kan enkelt göras genom att jämföra priserna och marknadsfeedbackarna för elbilen med ovanstående batterier. Men för batteriprestanda, låt oss ta en titt på några detaljer om NMC/NCA-batteri och LFP-batteri genom att ställa in villkor, observera experimentella data om dem för en bättre förståelse.
Enligt experiment från batterilaboratorier, tillverkare av elfordon och tillverkare av litiumjonbatterier, även om varje test kan ha subtila olika data, tenderar slutsatsen av deras fördelar och nackdelar att vara tydliga. Viktigare, marknaden har gjort sitt eget val och det pågår fortfarande.
Energitäthet----Med nuvarande teknologi är energitätheten för kommersiellt encells NMC-litiumbatteri cirka 230~250Wh/kg, och Panasonic NCA-batteriet får det cirka 322Wh/kg; medan energitätheten för LFP-litiumbatteri i princip svävar runt 130~160Wh/kg 2020, kan vissa komma nära 190Wh/kg, men det är mycket svårt för det att överstiga 200Wh/kg (Gotion High-Tech får det högre än i lab i år). NCA/NMC batteri används mest i bilar som förbrukar mindre ström och till förmån för snabb hastighet och lång räckvidd. Teoretiskt sett kan bilar som använder NCA-litiumbatterier köras längre än bilar som använder samma antal LFP-batterier; och LFP-fordon väljs helst som stadsbussar för närvarande, eftersom räckvidden för dem inte är lång, och de kan laddas på kort avstånd i städer, där många laddhögar enkelt kan byggas.
Rymdockupation----Välj BYD om du vill ha bussar och Tesla för bilar. Med en högre energitäthet kan en enda NMC/NCA-battericell spara hälften av utrymmet än ett LFP-batteri, vilket är mycket viktigt för bilar med begränsat utrymme. Så vi kan se det på den kommersiella marknaden, Tesla fokuserar på NMC/NCA-batterier och BYD producerar LFP-batterier. Så det finns ett talesätt på Kinas elbilsmarknad, "Välj BYD om du vill ha bussar och Tesla för bilar". Medan detta år i mars 2020 tillkännagav BYD deras nya LFP-batteripaket som sparar 50 % utrymme från deras tidigare paket, och fick positiv försäljning med sin Han EV sedan installerad med Blade Battery. Samtidigt presenterade Tesla sin nya Model 3 som drivs av LFP-batteri från CATL också.
Säkerhet ---- Viktigast av allt är att anledningen till att välja LFP-batteri för stadsbussar är den väsentliga säkerhetsfrågan. Det har inträffat många brandolyckor med Tesla-bilar från konsumenter sedan Tesla Model S lanserades på marknaden, även om den direkta brandorsaken kan skilja sig åt. En anledning är att Teslas batteripaket är sammansatt av mer än 7 000 enheter Panasonic / Tesla NCA litiumbatteri. Om dessa enheter eller hela batteripaketet har en intern kortslutning, kan de generera öppna lågor även stor eld, särskilt vid bilolycka; tack och lov blir det bättre. Medan LFP-material kommer mycket mindre sannolikt att brinna vid kortslutning, och dess höga temperaturbeständighet är mycket bättre än för NCA/NMC-litiumbatterier.
Lågtemperatur- och högtemperaturbeständighet---- Litiumjärnfosfat (LFP)-batteriet har bättre prestanda för sin höga temperaturbeständighet, medan NCA/NMC är bättre för sin lågtemperaturbeständighet. Låt mig presentera ett exempel. Vid en temperatur på -20 ℃ kan NMC-litiumbatteriet frigöra 70,14 % av sin kapacitet; medan litiumjärnfosfatbatteriet (LFP) bara kan släppa 54,94 %. Urladdningsspänningsplatån för NMC-litiumbatterier är mycket högre, och den startar tidigare än LFP-batteriets vid låg temperatur. Därför är NMC-batteri ett bättre val för applikationer vid låg temperatur.
Laddningseffektivitet ---- Laddningseffektiviteten för NMC/NCA litiumbatteri är högre än för LFP-batterier. Laddning av litiumbatteri använder strömkontroll och spänningskontrollmetod. Dvs konstant strömladdning appliceras först när strömmen och laddningseffektiviteten är jämförelsevis hög. Efter att litiumbatteriet når en viss spänning, växlar laddaren till det andra steget av konstant spänningsladdning, vid denna period är strömmen och laddningseffektiviteten låg. För att mäta laddningseffektiviteten hos ett litiumbatteri använder vi ett förhållande mellan konstantströmsladdningskapaciteten och dess fulla kapacitet, kallat "konstantströmförhållandet". Experimentdata om konstantströmförhållandet visar att det är liten skillnad mellan NMC/NCA- och LFP-batterier som laddar dem vid en temperatur lägre än 10 ℃, men det är helt annorlunda vid en temperatur högre än så. Här är ett exempel, när vi laddar dem vid 20 ℃ är konstantströmförhållandet för NMC-litiumbatterier 52,75 %, vilket är fem gånger det för litiumjärnfosfatbatteriet (LFP) (10,08 %).
Cykellivslängd----Cykellivslängden för litiumjärnfosfat (LFP) batteri är bättre än NMC/NCA litiumbatteri. Den teoretiska livslängden för NMC litiumbatteri är 2000 cykler, men dess kapacitet bleknar snabbt för att behålla 60% när det körs 1000 cykler; även det mest kända Tesla NCA-batteriet kan bara bibehålla 70 % av sin kapacitet efter 3 000 cykler, medan litiumjärnfosfat (LFP)-batteriet förblir 80 % efter 3 000 cykler.
Ovanstående jämförelse ger en grov bild av fördelarna och nackdelarna med NMC/NCA-batteri och LFP-batteri. LFP-litiumbatteriet är säkert, med lång livslängd och bra motstånd mot höga temperaturer; och NMC/NCA litiumbatteri har hög energitäthet, lätt i vikt, effektivt vid laddning, med bra motstånd mot låg temperatur. Dessa skillnader gör dem till två stora val på marknaden för olika applikationer.
Nuförtiden väljer tillverkare av NMC (Ni-rika) och NCA batterier litiumhydroxid-monohydratbatterikvalitet som litiumkälla för katodmaterial. Tillverkning av LFP-batterier med hydrotermisk metod använder också litiumhydroxid, även om de flesta LFP-batteritillverkare väljer litiumkarbonat. Här är en bild av litiumhydroxidförbrukningen på den kinesiska marknaden 2018, för din referens. 