การเปรียบเทียบ NMC / NCA ลิเธียมไอออนแบตเตอรี่และแบตเตอรี่ LFP
| Jerry Huang
ปัจจุบันมีเทคโนโลยีแบตเตอรี่กระแสหลักสองแห่งในตลาดสำหรับรถยนต์ไฟฟ้าทั้งหมด แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนฟอสเฟต (LFP) และแบตเตอรี่ลิเธียม NMC/NCA แบตเตอรี่ทั้งสองประเภทนี้แข่งขันกันในหลายสาขา/สถานการณ์การใช้งาน และการแข่งขันที่ยากที่สุดคือในอุตสาหกรรมยานยนต์ไฟฟ้า ซึ่งใช้แบตเตอรี่ลิเธียมในปริมาณมากที่สุดในประเทศจีน
มีการเปรียบเทียบระหว่างแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนสองประเภทนี้มานานแล้ว การเปรียบเทียบความคุ้มค่าสามารถทำได้ง่าย ๆ โดยการเปรียบเทียบราคาและการตอบรับของตลาดของ EV โดยใช้แบตเตอรี่ด้านบน แต่สำหรับประสิทธิภาพของแบตเตอรี่ เรามาดูรายละเอียดบางอย่างของแบตเตอรี่ NMC/NCA และแบตเตอรี่ LFP โดยการตั้งค่าเงื่อนไข การสังเกตข้อมูลการทดลองของแบตเตอรี่เหล่านี้เพื่อความเข้าใจที่ดีขึ้น
จากการทดลองของห้องปฏิบัติการแบตเตอรี่ ผู้ผลิตรถยนต์ไฟฟ้า และผู้ผลิตแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน แม้ว่าการทดสอบแต่ละครั้งอาจมีข้อมูลที่แตกต่างกันเล็กน้อย แต่ข้อสรุปข้อดีและข้อเสียมีแนวโน้มที่จะชัดเจน ที่สำคัญกว่านั้น ตลาดได้ตัดสินใจด้วยตัวเองแล้ว และมันยังคงดำเนินต่อไป
ความหนาแน่นของพลังงาน ---- ตามเทคโนโลยีปัจจุบัน ความหนาแน่นของพลังงานของแบตเตอรี่ลิเธียม NMC เซลล์เดียวเชิงพาณิชย์อยู่ที่ประมาณ 230 ~ 250Wh/kg และแบตเตอรี่ Panasonic NCA ได้รับประมาณ 322Wh/kg ในขณะที่ความหนาแน่นของพลังงานของแบตเตอรี่ลิเธียม LFP โดยทั่วไปจะอยู่ที่ประมาณ 130 ~ 160Wh/kg ในปี 2020 บางรุ่นอาจเข้าใกล้ 190Wh/kg แต่ยากมากที่จะเกิน 200Wh/kg (Gotion High-Tech สูงกว่านั้นใน ห้องปฏิบัติการปีนี้) แบตเตอรี่ NCA/NMC ส่วนใหญ่ใช้ในรถยนต์ที่ใช้พลังงานน้อยกว่าและให้ความเร็วที่รวดเร็วและระยะไกล ในทางทฤษฎี รถยนต์ที่ใช้แบตเตอรี่ลิเธียม NCA สามารถวิ่งได้ไกลกว่ารถยนต์ที่ใช้แบตเตอรี่ LFP จำนวนเท่ากัน และรถยนต์ LFP สมควรได้รับเลือกให้เป็นรถโดยสารประจำทางของเมืองในปัจจุบัน เนื่องจากช่วงของรถนั้นอยู่ได้ไม่นาน และสามารถชาร์จได้ภายในระยะทางสั้นๆ ในเมือง ซึ่งสามารถสร้างกองชาร์จจำนวนมากได้อย่างง่ายดาย
อาชีพอวกาศ ---- เลือก BYD ถ้าคุณต้องการรถประจำทางและ Tesla สำหรับรถยนต์ เซลล์แบตเตอรี่ NMC/NCA เซลล์เดียวสามารถประหยัดพื้นที่ได้ครึ่งหนึ่งเมื่อเทียบกับแบตเตอรี่แบบ LFP ซึ่งได้ประโยชน์จากความหนาแน่นของพลังงานที่สูงขึ้น ซึ่งสำคัญมากสำหรับรถยนต์ที่มีพื้นที่จำกัด ดังนั้นเราสามารถเห็นได้ในตลาดการค้า Tesla มุ่งเน้นไปที่แบตเตอรี่ NMC/NCA และ BYD ผลิตแบตเตอรี่ LFP ในตลาด EV ของจีนจึงมีคำพูดที่ว่า "เลือก BYD ถ้าคุณต้องการรถประจำทางและ Tesla สำหรับรถยนต์" ในขณะที่ปีนี้ในเดือนมีนาคม 2020 BYD ได้ประกาศเปิดตัวชุดแบตเตอรี่ LFP ใหม่ซึ่งช่วยประหยัดพื้นที่ 50% ของชุดก่อนหน้า และได้รับยอดขายที่เป็นบวกด้วยรถเก๋ง Han EV ที่ติดตั้งแบตเตอรี่ Blade ในเวลาเดียวกัน Tesla ได้เปิดตัว Model 3 ใหม่ที่ใช้พลังงานจากแบตเตอรี่ LFP จาก CATL เช่นกัน
ความปลอดภัย ---- ที่สำคัญที่สุด เหตุผลในการเลือกแบตเตอรี่ LFP สำหรับรถโดยสารประจำทางในเมืองคือประเด็นสำคัญของความปลอดภัย มีอุบัติเหตุไฟไหม้เกิดขึ้นมากมายจากรถยนต์เทสลาจากผู้บริโภค นับตั้งแต่เทสลา โมเดล เอส ถูกนำออกสู่ตลาด แม้ว่าสาเหตุโดยตรงของการเกิดเพลิงไหม้อาจแตกต่างกันไป เหตุผลหนึ่งก็คือชุดแบตเตอรี่ของ Tesla ประกอบด้วยแบตเตอรี่ลิเธียม Panasonic / Tesla NCA มากกว่า 7,000 หน่วย หากอุปกรณ์เหล่านี้หรือชุดแบตเตอรี่ทั้งหมดมีไฟฟ้าลัดวงจรภายใน อาจก่อให้เกิดเปลวไฟแม้กระทั่งไฟไหม้ครั้งใหญ่ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในอุบัติเหตุทางรถยนต์ โชคดีที่มีการปรับปรุง ในขณะที่วัสดุ LFP จะมีโอกาสเกิดการเผาไหม้น้อยลงเมื่อเกิดไฟฟ้าลัดวงจร และทนต่ออุณหภูมิสูงได้ดีกว่าแบตเตอรี่ลิเธียม NCA/NMC มาก
ความต้านทานต่ออุณหภูมิต่ำและอุณหภูมิสูง ---- แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนฟอสเฟต (LFP) มีประสิทธิภาพที่ดีขึ้นสำหรับการทนต่ออุณหภูมิสูง ในขณะที่ NCA/NMC ดีกว่าสำหรับการทนต่ออุณหภูมิต่ำ ให้ฉันแนะนำตัวอย่างหนึ่ง ที่อุณหภูมิ -20 ℃ แบตเตอรี่ลิเธียม NMC สามารถปลดปล่อยความจุได้ 70.14%; ในขณะที่แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนฟอสเฟต (LFP) สามารถปลดปล่อยได้เพียง 54.94% ที่ราบสูงแรงดันไฟดิสชาร์จของแบตเตอรี่ลิเธียม NMC นั้นสูงกว่ามาก และเริ่มเร็วกว่าแบตเตอรี่ LFP ที่อุณหภูมิต่ำ ดังนั้นแบตเตอรี่ NMC จึงเป็นทางเลือกที่ดีกว่าสำหรับการใช้งานที่อุณหภูมิต่ำ
ประสิทธิภาพการชาร์จ ---- ประสิทธิภาพการชาร์จของแบตเตอรี่ลิเธียม NMC/NCA สูงกว่าแบตเตอรี่ LFP การชาร์จแบตเตอรี่ลิเธียมใช้วิธีการควบคุมกระแสและการควบคุมแรงดันไฟฟ้า กล่าวคือ การชาร์จกระแสคงที่จะถูกใช้ก่อน เมื่อกระแสไฟและประสิทธิภาพการชาร์จค่อนข้างสูง หลังจากที่แบตเตอรี่ลิเธียมถึงระดับแรงดันไฟฟ้าแล้ว เครื่องชาร์จจะสลับไปยังขั้นตอนที่สองของการชาร์จด้วยแรงดันคงที่ ซึ่งในช่วงเวลานี้ประสิทธิภาพการชาร์จและกระแสไฟต่ำ ในการวัดประสิทธิภาพการชาร์จของแบตเตอรี่ลิเธียม เราใช้อัตราส่วนระหว่างความสามารถในการชาร์จแบบกระแสคงที่และความจุเต็มที่ของแบตเตอรี่ ซึ่งเรียกว่า “อัตราส่วนกระแสคงที่” ข้อมูลการทดลองเกี่ยวกับอัตราส่วนกระแสคงที่แสดงให้เห็นว่าแบตเตอรี่ NMC/NCA และ LFP ชาร์จที่อุณหภูมิต่ำกว่า 10 ℃ มีความแตกต่างกันเล็กน้อย แต่จะแตกต่างกันมากที่อุณหภูมิสูงกว่านั้น นี่คือตัวอย่าง เมื่อเราชาร์จที่ 20 ℃ อัตราส่วนกระแสคงที่ของแบตเตอรี่ลิเธียม NMC คือ 52.75% ซึ่งมากกว่าแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนฟอสเฟต (LFP) ถึง 5 เท่า (10.08 %)
วงจรชีวิต ---- อายุการใช้งานของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนฟอสเฟต (LFP) ดีกว่าแบตเตอรี่ลิเธียม NMC/NCA อายุการใช้งานตามทฤษฎีของแบตเตอรี่ลิเธียม NMC คือ 2,000 รอบ แต่ความจุของแบตเตอรี่จะลดลงอย่างรวดเร็วเพื่อรักษา 60% เมื่อใช้งาน 1,000 รอบ แม้แต่แบตเตอรี่ Tesla NCA ที่รู้จักกันดีที่สุดก็สามารถรักษาความจุได้เพียง 70% หลังจาก 3000 รอบ ในขณะที่แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนฟอสเฟต (LFP) จะยังคงอยู่ 80% หลังจาก 3000 รอบ
การเปรียบเทียบข้างต้นให้ภาพคร่าวๆ เกี่ยวกับข้อดีและข้อเสียของแบตเตอรี่ NMC/NCA และแบตเตอรี่ LFP แบตเตอรี่ลิเธียม LFP มีความปลอดภัย มีอายุการใช้งานยาวนานและทนต่ออุณหภูมิสูงได้ดี และแบตเตอรี่ลิเธียม NMC/NCA มีความหนาแน่นของพลังงานสูง น้ำหนักเบา มีประสิทธิภาพในการชาร์จ มีความทนทานต่ออุณหภูมิต่ำได้ดี ความแตกต่างเหล่านี้ทำให้ทั้งสองตัวเลือกหลักในตลาดสำหรับการใช้งานที่หลากหลาย
ปัจจุบันผู้ผลิตแบตเตอรี่ NMC (ชนิด Ni-rich) และ NCA เลือกเกรดแบตเตอรี่ลิเธียมไฮดรอกไซด์โมโนไฮเดรตเป็นแหล่งลิเธียมสำหรับวัสดุแคโทด การผลิตแบตเตอรี่ LFP โดยวิธีไฮโดรเทอร์มอลยังใช้ลิเธียมไฮดรอกไซด์ด้วย แม้ว่าผู้ผลิตแบตเตอรี่ LFP ส่วนใหญ่จะเลือกลิเธียมคาร์บอเนต นี่คือภาพการบริโภคลิเธียมไฮดรอกไซด์ในตลาดจีนในปี 2561 เพื่อเป็นข้อมูลอ้างอิงของคุณ 