Một so sánh của NMC / NCA Lithium ion Battery và LFP Pin
| Jerry Huang
Hiện tại, có hai công nghệ pin chính trên thị trường dành cho xe chạy điện là pin lithium iron phosphate (LFP) và pin lithium NMC / NCA. Hai loại pin này cạnh tranh trong nhiều lĩnh vực / kịch bản ứng dụng và lĩnh vực cạnh tranh gay gắt nhất là trong ngành sản xuất xe điện, nơi tiêu thụ lượng pin lithium lớn nhất ở Trung Quốc.
Từ lâu đã có sự so sánh giữa hai loại pin lithium-ion này. Có thể dễ dàng so sánh hiệu quả chi phí bằng cách so sánh giá và phản hồi thị trường của xe điện sử dụng pin ở trên. Nhưng đối với hiệu suất của pin, chúng ta hãy xem xét một số chi tiết của pin NMC / NCA và pin LFP bằng cách thiết lập các điều kiện, quan sát dữ liệu thực nghiệm của chúng để hiểu rõ hơn.
Theo các thử nghiệm từ các phòng thí nghiệm pin, nhà sản xuất xe điện và nhà sản xuất pin lithium-ion, mặc dù mỗi thử nghiệm có thể có dữ liệu khác nhau tinh tế, nhưng kết luận về ưu và nhược điểm của chúng có xu hướng rõ ràng. Quan trọng hơn, thị trường đã có sự lựa chọn của riêng mình và nó vẫn đang diễn ra.
Mật độ năng lượng ---- Theo công nghệ hiện tại, mật độ năng lượng của pin lithium NMC đơn tế bào thương mại là khoảng 230 ~ 250Wh / kg và pin NCA của Panasonic đạt khoảng 322Wh / kg; trong khi mật độ năng lượng của pin LFP LFP về cơ bản dao động trong khoảng 130 ~ 160Wh / kg vào năm 2020, một số có thể đạt gần 190Wh / kg, nhưng rất khó để nó vượt quá 200Wh / kg (Gotion High-Tech đưa nó cao hơn ở phòng thí nghiệm năm nay). Ắc quy NCA / NMC được áp dụng hầu hết trên các loại ô tô tiêu thụ ít điện năng hơn và có tốc độ nhanh và tầm xa. Về mặt lý thuyết, những chiếc xe sử dụng pin lithium NCA có thể chạy xa hơn những chiếc xe sử dụng cùng số lượng pin LFP; và các phương tiện LFP hiện nay được ưu tiên chọn làm xe buýt nội thành vì phạm vi hoạt động của chúng không dài và chúng có thể được sạc trong một khoảng cách ngắn ở các thành phố, nơi có thể dễ dàng xây dựng nhiều cọc sạc.
Chiếm lĩnh không gian ---- Chọn BYD nếu bạn muốn xe buýt và Tesla cho ô tô. Được hưởng lợi từ mật độ năng lượng cao hơn, một tế bào pin NMC / NCA duy nhất có thể tiết kiệm một nửa không gian so với pin LFP, điều này rất quan trọng đối với những chiếc xe có không gian hạn chế. Vì vậy, chúng ta có thể thấy trên thị trường thương mại, Tesla tập trung vào pin NMC / NCA, và BYD sản xuất pin LFP. Vì vậy, có một câu nói trong thị trường xe điện của Trung Quốc, "Hãy chọn BYD nếu bạn muốn xe buýt và Tesla cho ô tô". Trong khi năm nay vào tháng 3 năm 2020, BYD đã công bố gói pin LFP mới của họ tiết kiệm 50% dung lượng so với gói trước đó và có doanh số bán hàng khả quan với chiếc sedan Han EV được lắp pin Blade. Đồng thời, Tesla cũng đã công bố Model 3 mới của họ chạy bằng pin LFP của CATL.
An toàn ---- Quan trọng nhất, lý do chọn pin LFP cho xe buýt thành phố là mối quan tâm thiết yếu về an toàn. Đã có nhiều vụ tai nạn hỏa hoạn xảy ra với xe Tesla từ người tiêu dùng kể từ khi Tesla Model S được đưa ra thị trường, mặc dù lý do trực tiếp gây cháy có thể khác nhau. Một lý do là bộ pin của Tesla bao gồm hơn 7.000 đơn vị pin lithium Panasonic / Tesla NCA. Nếu những bộ phận này hoặc toàn bộ bộ pin bị đoản mạch bên trong, chúng có thể tạo ra ngọn lửa bùng phát, thậm chí cháy lớn, đặc biệt là trong tai nạn xe hơi; rất may là nó đang được cải thiện. Trong khi vật liệu LFP sẽ ít có khả năng bị cháy do đoản mạch và khả năng chịu nhiệt độ cao của nó tốt hơn nhiều so với pin lithium NCA / NMC.
Khả năng chịu nhiệt độ thấp và nhiệt độ cao ---- Pin lithium iron phosphate (LFP) có hiệu suất tốt hơn nhờ khả năng chịu nhiệt độ cao, trong khi NCA / NMC tốt hơn cho khả năng chịu nhiệt độ thấp. Hãy để tôi giới thiệu một ví dụ. Ở nhiệt độ -20 ℃, pin NMC lithium có thể giải phóng 70,14% dung lượng; trong khi pin lithium iron phosphate (LFP) chỉ có thể giải phóng 54,94%. Bình nguyên điện áp xả của pin NMC lithium cao hơn nhiều và nó bắt đầu sớm hơn so với pin LFP ở nhiệt độ thấp. Do đó, pin NMC là lựa chọn tốt hơn cho các ứng dụng ở nhiệt độ thấp.
Hiệu quả sạc ---- Hiệu suất sạc của pin lithium NMC / NCA cao hơn so với pin LFP. Sạc pin Lithium thông qua phương pháp kiểm soát dòng điện và kiểm soát điện áp. Nghĩa là, tính năng sạc hiện tại không đổi được áp dụng đầu tiên, khi hiệu suất sạc hiện tại và hiệu suất sạc tương đối cao. Sau khi pin lithium đạt đến điện áp nhất định, bộ sạc sẽ chuyển sang giai đoạn thứ hai là sạc điện áp không đổi, ở giai đoạn này dòng điện và hiệu suất sạc thấp. Để đo hiệu quả sạc của pin lithium, chúng tôi sử dụng tỷ lệ giữa khả năng sạc dòng không đổi và dung lượng đầy của nó, được gọi là "tỷ lệ dòng điện không đổi". Dữ liệu thử nghiệm về tỷ lệ dòng điện không đổi cho thấy có rất ít sự khác biệt giữa pin NMC / NCA và LFP khi sạc chúng ở nhiệt độ thấp hơn 10 ℃, nhưng nó khá khác biệt ở nhiệt độ cao hơn thế. Đây là một ví dụ, khi chúng tôi sạc chúng ở 20 ℃, tỷ lệ dòng điện không đổi của pin lithium NMC là 52,75%, gấp năm lần so với pin lithium iron phosphate (LFP) (10,08%).
Tuổi thọ chu kỳ ---- Tuổi thọ chu kỳ của pin lithium iron phosphate (LFP) tốt hơn pin lithium NMC / NCA. Tuổi thọ lý thuyết của pin NMC lithium là 2000 chu kỳ, nhưng dung lượng của nó giảm nhanh chóng để giữ lại 60% khi nó chạy 1000 chu kỳ; ngay cả pin Tesla NCA nổi tiếng nhất cũng chỉ có thể duy trì 70% dung lượng sau 3000 chu kỳ, trong khi pin lithium iron phosphate (LFP) sẽ còn 80% sau 3000 chu kỳ.
So sánh trên cho ta một bức tranh tổng quát về ưu và nhược điểm của pin NMC / NCA và pin LFP. Pin LFP lithium an toàn, có tuổi thọ dài và khả năng chống chịu tốt với nhiệt độ cao; và pin lithium NMC / NCA có mật độ năng lượng cao, trọng lượng nhẹ, sạc hiệu quả, chịu được nhiệt độ thấp. Những khác biệt này khiến chúng trở thành hai lựa chọn chính trên thị trường cho các ứng dụng đa dạng.
Ngày nay các nhà sản xuất pin NMC (loại giàu Ni) và NCA chọn loại pin lithium hydroxide monohydrate làm nguồn lithium cho vật liệu catốt. Sản xuất pin LFP bằng phương pháp thủy nhiệt cũng sử dụng lithium hydroxide, mặc dù vậy hầu hết các nhà sản xuất pin LFP đều chọn lithium carbonate. Dưới đây là hình ảnh tiêu thụ lithium hydroxide tại thị trường Trung Quốc năm 2018, mời các bạn tham khảo. 