LFP против NMC: какая технология производства аккумуляторов доминирует?

Для предприятий в таких секторах, как электромобили (EV) и системы хранения энергии, крайне важно выбрать подходящую аккумуляторную технологию. Двумя из них являются литий-железо-фосфатные (LFP) и никель-марганцево-кобальтовые (NMC) батареи. В 2023 году батареи LFP составляли 30% рынка аккумуляторов для электромобилей по сравнению с 10% в 2020 году. Более низкая стоимость, более длительный срок службы и повышенная безопасность являются причинами, по которым их популярность с годами выросла. С другой стороны, батареи NMC также получили распространение благодаря своей более высокой плотности энергии, которая подходит для приложений, требующих компактных и легких энергетических решений.

Это сравнение дает представление о сильных и слабых сторонах, а также о наилучших сценариях использования аккумуляторов LFP и NMC в отношении этих литий-ионных технологий. Мы стремимся дать вам истинное глубокое понимание, которое позволит вам принимать обоснованные решения относительно вашего бизнеса.

Что такое аккумулятор LFP?

Литий-железо-фосфатные батареи (LFP) относятся к семейству литий-ионных, в которых в качестве катодного материала используется литий-железо-фосфат. Они имеют очень высокие стандарты безопасности, превосходную термическую стабильность и длительный срок службы. В отличие от батарей NMC, батареи LFP содержат железо и фосфат. Эти материалы более доступны и дешевле, чем другие материалы. Это делает их популярным выбором для различных применений, где стоимость и безопасность чрезвычайно важны.

Они широко используются в электробусах и стационарных системах хранения энергии. Кроме того, растет число электромобилей (EV), в которых используются батареи LFP. Некоторые компании, такие как BYD и Tesla, включают LFP в свои автомобили, особенно в регионах с более низкими требованиями к запасу хода.

Что такое батарея NMC?

Никель-марганцево-кобальтовые (NMC) аккумуляторы представляют собой тип литий-ионных аккумуляторов, в которых в качестве катодного материала используется комбинация никеля, марганца и кобальта. Эта смесь известна своей высокой плотностью энергии и мощными характеристиками. Такие характеристики делают NMC подходящим для электромобилей и электроинструментов. Они устраняют необходимость частой подзарядки электромобилей и очень эффективны с точки зрения своих размеров.

Однако у батарей NMC есть несколько недостатков, включая более высокую цену, более короткий срок службы, а также большую вероятность выхода из строя. По этим причинам Tesla, среди других, начала переходить от NMC к литий-железо-фосфатным батареям (LFP); этот шаг призван повысить безопасность и сократить расходы.

Распределение ключевых отличий: батареи LFP и NMC

Сравнение плотности энергии

Плотность энергии, измеряемая в ватт-часах на килограмм (Втч/кг), показывает, сколько энергии может хранить батарея относительно ее веса. Обычно батареи NMC имеют более высокую плотность энергии, около 150-200 Втч/кг. Это позволяет им хранить больше энергии в меньшем и более легком корпусе. В результате они идеально подходят для электромобилей (EV) и портативной электроники, предлагая больший запас хода и увеличенное время использования.

С другой стороны, батареи LFP имеют более низкую плотность энергии, обычно 90–160 Втч/кг. Они могут хранить меньше энергии в заданном объеме. Однако их термическая стабильность позволяет более плотно упаковывать их в призматические или пакетные ячейки. Это снижает общий вес, делая разницу менее заметной на уровне системы. Более того, такие инновации, как технологии «ячейка-пакет» (CTP) и «ячейка-шасси» (CTC), еще больше минимизируют этот разрыв. Эти технологии интегрируют элементы непосредственно в аккумуляторную батарею или раму автомобиля, устраняя лишние материалы и вес.

Плотность мощности и производительность

Аккумуляторы NMC благодаря своей более высокой удельной мощности превосходно подходят в качестве стартовых аккумуляторов. Они обеспечивают быстрый прилив энергии, что приводит к лучшему ускорению и сокращению времени зарядки. Это делает их идеальными для приложений, требующих немедленной и высокой выходной мощности, таких как запуск электромобилей (EV).

Напротив, батареи LFP лучше подходят в качестве батарей глубокого разряда. Они обеспечивают стабильное и надежное питание в течение более длительных периодов времени, что крайне важно для приложений, требующих стабильной подачи энергии. Несмотря на меньшую удельную мощность, батареи LFP обеспечивают большую безопасность и более длительный срок службы. Это делает их предпочтительным выбором для непрерывного и длительного использования, например, в системах хранения энергии.

Цикл жизни и долговечность

Срок службы батареи важен для определения ее долгосрочной ценности, а также производительности. Аккумуляторы LFP известны своим впечатляющим сроком службы, часто превышающим 2,000–3,000 циклов зарядки и разрядки, прежде чем произойдет значительная потеря емкости. Однако батареи NMC рассчитаны на более короткий срок службы — 1,000–2,000 циклов. Таким образом, батареи LFP с более длительным сроком службы будут иметь более низкую совокупную стоимость владения, поскольку они требуют меньшего количества замен и обслуживания. Это преимущество особенно важно в крупномасштабных системах хранения энергии, где затраты на замену могут быть значительными.

Вопросы безопасности

Безопасность является первостепенной задачей в аккумуляторной технологии, и батареи LFP и NMC имеют уникальные профили безопасности. Аккумуляторы LFP известны своей превосходной термической стабильностью и имеют значительно меньший риск выхода из строя. Термический разгон — это состояние, при котором аккумулятор перегревается и может загореться. Самое главное, это означает, что они остаются безопасными даже при более высоких температурах.

С другой стороны, батареи NMC связаны с более высоким риском термического разгона из-за их высокой плотности энергии и использования кобальта в качестве элемента в их составе. Таким образом, они могут потребовать применения передовых BMS и продуманных методов проектирования устройств против перегрева.

Производительность в экстремальных условиях

При высоких температурах (например, до 60°C) батареи LFP работают лучше, чем другие типы, поскольку они эффективно сохраняют стабильность и выходную мощность. Их максимальная рабочая температура находится в диапазоне от 55°C (131°F) до 75°C (167°F), что обеспечивает безопасную эксплуатацию в жарком климате.

И наоборот, элементы NMC превосходно работают в более холодном климате, поскольку их плотность энергии остается высокой, а выходная мощность стабильна до -20°C (-4°F). Элементы NMC часто включают в себя сложные системы управления температурным режимом для предотвращения перегрева во время тяжелых периодов зарядки.

Воздействие на окружающую среду

Воздействие аккумуляторных технологий на окружающую среду вызывает растущую озабоченность. Аккумуляторы LFP оказывают гораздо меньше воздействия на окружающую среду, поскольку в них отсутствует кобальт, что связано с огромным загрязнением окружающей среды и нарушениями прав человека. Кроме того, батареи LFP гораздо легче перерабатывать и утилизировать безопасными способами, которые минимизируют риск загрязнения окружающей среды.

Однако батареи NMC содержат кобальт наряду с другими тяжелыми металлами, что делает их более сложными с экологической точки зрения. Добыча и переработка этих материалов энергоемки и экологически разрушительны. Хотя исследования по снижению или устранению содержания кобальта в НМЦ продолжаются, это по-прежнему остается серьезной проблемой для существующих моделей из-за их экологических и этических последствий.

Литий-железо-фосфатные батареи (LFP) превосходят никель-марганцево-кобальтовые (NMC) батареи с точки зрения экологичности, поскольку они имеют более безопасный химический состав, а также подлежат вторичной переработке.

анализ затрат

Батареи LFP обычно стоят около 80–100 долларов за кВтч из-за отсутствия кобальта, что делает их дешевле, чем батареи NMC, которые стоят около 120–140 долларов за кВтч. Это ценовое преимущество делает батареи LFP привлекательными для бюджетных применений.

Однако батареи NMC обеспечивают более высокую плотность энергии и производительность, что оправдывает их более высокую цену в приложениях, требующих компактного и мощного хранения энергии, например в электромобилях.

Аккумуляторы LFP также имеют более длительный срок службы, что со временем приводит к снижению совокупной стоимости владения за счет меньшего количества замен и необходимости технического обслуживания. Таким образом, в то время как батареи NMC обеспечивают высокую производительность при более высокой начальной стоимости, батареи LFP предлагают более экономичное и долговечное решение в долгосрочной перспективе.

Какая технология аккумуляторов лучше?

Батареи LFP примерно на 20–30 % дешевле, чем батареи NMC, а срок службы в два раза дольше. Это снижает общие затраты на замену. Кроме того, батареи LFP обладают значительно более высокой термической стабильностью. Это делает их намного безопаснее и снижает риск перегрева. С экологической точки зрения батареи LFP на 50% выгоднее, поскольку не содержат кобальта. Это отсутствие облегчает как этические, так и экологические проблемы. Хотя батареи NMC обеспечивают более высокую плотность энергии, экономия средств, повышенная безопасность и более длительный срок службы батарей LFP делают их более практичным и устойчивым вариантом для большинства применений.

Заключение

Споры между батареями LFP и NMC не дают однозначного ответа. У каждого типа аккумулятора есть свои плюсы и минусы, которые делают его подходящим для различных применений. Аккумуляторы LFP отличаются безопасностью, долговечностью и стоимостью, что делает их идеальными для стационарных систем хранения энергии и приложений с высоким уровнем безопасности. Напротив, батареи NMC обеспечивают более высокую плотность энергии и производительность, что делает их лучшим выбором для электромобилей и бытовой электроники с высоким спросом.

Понимание конкретных требований применения имеет решающее значение для выбора правильной технологии аккумуляторов. Тщательно учитывая такие факторы, как плотность энергии, срок службы, безопасность, воздействие на окружающую среду и стоимость, вы можете принять обоснованное решение, которое наилучшим образом соответствует вашим требованиям.

Изготовленные на заказ аккумуляторы LFP от Keheng

Keheng — один из лучших производителей литиевых аккумуляторов в Китае. Для тех, кто ищет индивидуальные аккумуляторные решения LFP, Keheng предлагает ряд вариантов, адаптированных для различных применений. Если вам нужны батареи для систем хранения энергии, промышленного использования или отдыха, Keheng предлагает высококачественные батареи LFP, обеспечивающие оптимальную производительность и долговечность. Аккумуляторы Keheng LFP, ориентированные на безопасность, надежность и экономичность, являются разумным выбором для любых потребностей в хранении энергии.