LFP vs. NMC: Welche Batterietechnologie ist die bessere?

Für Unternehmen in Bereichen wie Elektrofahrzeuge (EVs) und Energiespeichersysteme ist es entscheidend, die passende Batterietechnologie zu wählen. Zwei davon sind Lithium-Eisenphosphat-Batterien (LFP) und Nickel-Mangan-Kobalt-Batterien (NMC). Im Jahr 2023 machten LFP-Batterien 30 % des Marktes für EV-Batterien aus, gegenüber 10 % im Jahr 2020. Niedrigere Kosten, längere Lebensdauer und verbesserte Sicherheit sind die Gründe, warum ihre Popularität im Laufe der Jahre zugenommen hat. Andererseits haben auch NMC-Batterien aufgrund ihrer höheren Energiedichte an Boden gewonnen, was für Anwendungen geeignet ist, die kompakte, leichte Stromversorgungslösungen erfordern.

Dieser Vergleich bietet einen Überblick über die Stärken, Schwächen sowie die besten Einsatzszenarien zwischen LFP- und NMC-Batterien im Hinblick auf diese Lithium-Ionen-Technologien. Unser Ziel ist es, Ihnen ein wirklich tiefes Verständnis zu vermitteln, das es Ihnen ermöglicht, fundierte Entscheidungen für Ihr Unternehmen zu treffen.

Was ist eine LFP-Batterie?

Lithium-Eisenphosphat-Batterien (LFP) gehören zur Lithium-Ionen-Familie und verwenden Lithium-Eisenphosphat als Kathodenmaterial. Sie haben sehr hohe Sicherheitsstandards, ausgezeichnete thermische Stabilität und lange Lebenszyklen. Im Gegensatz zu NMC-Batterien sind LFP-Batterien auf Eisen und Phosphat angewiesen. Diese Materialien sind leichter verfügbar und billiger als andere Materialien. Dies macht sie zu einer beliebten Wahl für verschiedene Anwendungen, bei denen Kosten und Sicherheit äußerst wichtig sind.

Sie werden häufig in Elektrobussen und stationären Energiespeichersystemen eingesetzt. Darüber hinaus gibt es eine wachsende Zahl von Elektrofahrzeugen (EVs), die LFP-Batterien verwenden. Einige Unternehmen wie BYD und Tesla verbauen LFPs in ihren Fahrzeugen, insbesondere in Gebieten mit geringeren Reichweitenanforderungen.

Was ist eine NMC-Batterie?

Nickel-Mangan-Kobalt-Batterien (NMC) sind eine Art Lithium-Ionen-Batterie, die eine Kombination aus Nickel, Mangan und Kobalt als Kathodenmaterial verwendet. Diese Mischung ist für ihre hohe Energiedichte und Leistungsfähigkeit bekannt. Aufgrund dieser Eigenschaften sind NMC-Batterien für Elektrofahrzeuge und Elektrowerkzeuge geeignet. Sie machen das häufige Aufladen von Elektrofahrzeugen überflüssig und sind im Hinblick auf ihre Größe äußerst effizient.

NMC-Batterien haben jedoch mehrere Nachteile, darunter höhere Preise, kürzere Lebensdauer sowie ein höheres Risiko eines thermischen Durchgehens. Aus diesen Gründen hat Tesla unter anderem damit begonnen, von NMC-Batterien auf Lithium-Eisenphosphat-Batterien (LFP) umzusteigen. Dies ist ein Schritt, der die Sicherheit erhöhen und die Kosten senken soll.

Aufschlüsselung der wichtigsten Unterschiede: LFP- und NMC-Batterien

Vergleich der Energiedichte

Die Energiedichte, gemessen in Wattstunden pro Kilogramm (Wh/kg), zeigt, wie viel Energie eine Batterie im Verhältnis zu ihrem Gewicht speichern kann. Normalerweise haben NMC-Batterien eine höhere Energiedichte von etwa 150–200 Wh/kg. Dadurch können sie mehr Energie in einem kleineren, leichteren Paket speichern. Daher sind sie ideal für Elektrofahrzeuge (EVs) und tragbare elektronische Geräte, da sie größere Reichweiten und längere Nutzungszeiten bieten.

Auf der anderen Seite haben LFP-Batterien eine geringere Energiedichte, normalerweise zwischen 90 und 160 Wh/kg. Sie können in einem bestimmten Volumen weniger Energie speichern. Ihre thermische Stabilität ermöglicht jedoch eine dichtere Verpackung in prismatischen oder Pouch-Zellen. Dies reduziert das Gesamtgewicht, sodass der Unterschied auf Systemebene weniger spürbar ist. Darüber hinaus minimieren Innovationen wie Cell-to-Pack (CTP)- und Cell-to-Chassis (CTC)-Technologien diese Lücke noch weiter. Diese Technologien integrieren Zellen direkt in das Batteriepaket oder den Fahrzeugrahmen und eliminieren so überschüssiges Material und Gewicht.

Leistungsdichte und Leistung

NMC-Batterien eignen sich aufgrund ihrer höheren Leistungsdichte hervorragend als Startbatterien. Sie liefern schnelle Energieschübe, was zu besserer Beschleunigung und schnelleren Ladezeiten führt. Dies macht sie ideal für Anwendungen, die eine sofortige und hohe Leistungsabgabe erfordern, wie z. B. das Starten von Elektrofahrzeugen (EVs).

Im Gegensatz dazu eignen sich LFP-Batterien besser als Deep-Cycle-Batterien. Sie liefern über längere Zeiträume hinweg gleichmäßige, zuverlässige Leistung, was für Anwendungen, die eine konstante Energieversorgung erfordern, von entscheidender Bedeutung ist. Obwohl sie eine geringere Leistungsdichte haben, bieten LFP-Batterien mehr Sicherheit und eine längere Lebensdauer. Dies macht sie zur bevorzugten Wahl für den kontinuierlichen und längeren Einsatz, beispielsweise in Energiespeichersystemen.

Lebensdauer und Langlebigkeit

Die Zyklenlebensdauer der Batterie ist wichtig, um ihren langfristigen Wert und ihre Leistung zu bestimmen. LFP-Batterien sind für ihre beeindruckende Zyklenlebensdauer bekannt und überschreiten oft 2,000 bis 3,000 Lade- und Entladezyklen, bevor ein erheblicher Kapazitätsverlust auftritt. NMC-Batterien sind jedoch für eine kürzere Zyklenlebensdauer zwischen 1,000 und 2,000 Zyklen ausgelegt. Daher haben LFP-Batterien mit einer längeren Zyklenlebensdauer geringere Gesamtbetriebskosten, da sie seltener ausgetauscht und gewartet werden müssen. Dieser Vorteil ist insbesondere in großen Energiespeicheranlagen von Bedeutung, in denen die Austauschkosten erheblich sein können.

Sicherheitsaspekte

Sicherheit ist ein vorrangiges Anliegen der Batterietechnologie, und sowohl LFP- als auch NMC-Batterien verfügen über einzigartige Sicherheitsprofile. LFP-Batterien sind für ihre hervorragende thermische Stabilität bekannt und weisen ein deutlich geringeres Risiko eines thermischen Durchgehens auf. Beim thermischen Durchgehen überhitzt die Batterie und kann Feuer fangen. Das Wichtigste ist, dass sie auch bei höheren Temperaturen sicher bleiben.

Andererseits sind NMC-Batterien aufgrund ihrer hohen Energiedichte und der Verwendung von Kobalt als Bestandteil ihrer Zusammensetzung mit einem höheren Risiko eines thermischen Durchgehens verbunden. Daher können sie den Einsatz fortschrittlicher BMS und durchdachter Gerätetechnikverfahren gegen Überhitzung erfordern.

Leistung unter extremen Bedingungen

Bei hohen Temperaturen (z. B. bis zu 60 °C) sind LFP-Batterien leistungsfähiger als andere Typen, da sie ihre Stabilität und Leistungsabgabe effektiv beibehalten. Ihre maximale Betriebstemperatur liegt zwischen 55 °C (131 °F) und 75 °C (167 °F), was einen sicheren Betrieb in heißen Klimazonen ermöglicht.

Im Gegensatz dazu sind NMC-Zellen in kälteren Klimazonen hervorragend geeignet, da ihre Energiedichte hoch bleibt und die Leistungsabgabe bis zu -20 °C (-4 °F) stabil ist. NMC-Zellen verfügen häufig über komplexe Wärmemanagementsysteme, um eine Überhitzung während intensiver Ladezeiten zu verhindern.

Umweltbelastung

Die Umweltauswirkungen von Batterietechnologien sind ein wachsendes Problem. LFP-Batterien haben einen viel geringeren ökologischen Fußabdruck, da sie kein Kobalt enthalten, das mit enormer Umweltverschmutzung und Menschenrechtsverletzungen in Verbindung gebracht wird. Darüber hinaus sind LFP-Batterien viel einfacher zu recyceln und auf sichere Weise zu entsorgen, wodurch das Risiko einer Umweltverschmutzung minimiert wird.

NMC-Batterien enthalten jedoch neben anderen Schwermetallen auch Kobalt, was sie aus ökologischer Sicht problematischer macht. Der Abbau und die Verarbeitung dieser Materialien sind energieintensiv und ökologisch schädlich. Obwohl derzeit Untersuchungen zur Reduzierung oder Eliminierung von Kobalt in NMCs durchgeführt werden, bleibt dies aufgrund der ökologischen und ethischen Auswirkungen weiterhin ein großes Problem für die aktuellen Modelle.

Lithium-Eisenphosphat-Batterien (LFP) sind Nickel-Mangan-Kobaltoxid-Batterien (NMC) in puncto Umweltfreundlichkeit überlegen, da sie über eine sicherere Chemie verfügen und zudem recycelbar sind.

Kostenanalyse

LFP-Batterien kosten aufgrund des fehlenden Kobalts im Allgemeinen etwa 80 bis 100 US-Dollar pro kWh und sind damit billiger als NMC-Batterien, die etwa 120 bis 140 US-Dollar pro kWh kosten. Dieser Kostenvorteil macht LFP-Batterien für kostenbewusste Anwendungen attraktiv.

Allerdings bieten NMC-Batterien eine höhere Energiedichte und Leistung, was ihren höheren Preis in Anwendungen rechtfertigt, die eine kompakte, leistungsstarke Energiespeicherung erfordern, wie etwa in Elektrofahrzeugen.

LFP-Batterien zeichnen sich außerdem durch eine längere Lebensdauer aus, was im Laufe der Zeit zu niedrigeren Gesamtbetriebskosten führt, da weniger Austausch- und Wartungsbedarf besteht. Während NMC-Batterien also eine hohe Leistung zu höheren Anschaffungskosten bieten, sind LFP-Batterien auf lange Sicht eine kostengünstigere und langlebigere Lösung.

Welche Batterietechnologie ist besser?

LFP-Batterien sind etwa 20–30 % günstiger als NMC-Batterien und bieten eine bis zu doppelt so lange Zyklenlebensdauer. Dies reduziert die Gesamtkosten für den Austausch. Darüber hinaus haben LFP-Batterien eine deutlich höhere thermische Stabilität. Dies macht sie viel sicherer und das Risiko einer Überhitzung ist geringer. Aus ökologischer Sicht sind LFP-Batterien um 50 % günstiger, da sie kein Kobalt enthalten. Dieses Fehlen lindert sowohl ethische als auch ökologische Bedenken. Während NMC-Batterien eine höhere Energiedichte bieten, sind LFP-Batterien aufgrund ihrer Kosteneinsparungen, der verbesserten Sicherheit und der längeren Lebensdauer für die meisten Anwendungen die praktischere und nachhaltigere Option.

Schlussfolgerung

Die Debatte zwischen LFP- und NMC-Batterien lässt sich nicht pauschal beantworten. Jeder Batterietyp hat seine Vor- und Nachteile, die ihn für unterschiedliche Anwendungen geeignet machen. LFP-Batterien zeichnen sich durch Sicherheit, Langlebigkeit und Kosten aus und eignen sich daher ideal für stationäre Energiespeicheranwendungen und Anwendungen mit hohen Sicherheitsanforderungen. Im Gegensatz dazu bieten NMC-Batterien eine höhere Energiedichte und Leistung und sind daher die bessere Wahl für Elektrofahrzeuge und anspruchsvolle Unterhaltungselektronik.

Das Verständnis der spezifischen Anforderungen der Anwendung ist entscheidend für die Auswahl der richtigen Batterietechnologie. Durch sorgfältige Berücksichtigung von Faktoren wie Energiedichte, Lebensdauer, Sicherheit, Umweltauswirkungen und Kosten können Sie eine fundierte Entscheidung treffen, die Ihren Anforderungen am besten entspricht.

Kundenspezifische LFP-Batterien von Keheng

Keheng ist einer der besten Lithiumbatteriehersteller in China. Für diejenigen, die nach maßgeschneiderten LFP-Batterielösungen suchen, bietet Keheng eine Reihe von Optionen, die auf unterschiedliche Anwendungen zugeschnitten sind. Egal, ob Sie Batterien für Energiespeichersysteme, industrielle Anwendungen oder Freizeitzwecke benötigen, Keheng bietet hochwertige LFP-Batterien, die auf optimale Leistung und Langlebigkeit ausgelegt sind. Mit einem Fokus auf Sicherheit, Zuverlässigkeit und Kosteneffizienz sind die kundenspezifischen LFP-Batterien von Keheng eine intelligente Wahl für jeden Energiespeicherbedarf.