Lithium-Eisenphosphat-Batterien gewinnen im EV-Markt an Bedeutung

Die Batterietechnologie für Elektrofahrzeuge entwickelt sich rasant weiter, wobei verschiedene Lithium-Ionen-Chemikalien entstehen – von Lithium-Cobaltoxid (LCO) und Lithium-Manganoxid (LMO) bis hin zu Lithium-Nickel-Cobalt-Aluminium-Oxid (NCA). Diese Batterien werden typischerweise nach ihren Kathodenmaterialien benannt, wo Lithium-Ionen während der Entladung fließen. Aber warum brauchen E-Autos so viele Batterietypen?

Unterschiedliche Batterieformulierungen optimieren für bestimmte Leistungskennzahlen – ob Batterielebensdauer, maximale Ladegeschwindigkeit oder Energiedichte. Die Wahl hängt weitgehend von den Anwendungsanforderungen ab. LMO-Batterien beispielsweise zeichnen sich durch einen extrem niedrigen Innenwiderstand für schnelles Laden aus, haben aber eine kürzere Lebensdauer. Derzeit dominieren Nickel-Mangan-Cobalt- (NMC) und NCA-Batterien den E-Auto-Sektor, indem sie Nickel und Cobalt ausbalancieren, um die Langlebigkeit und Energiedichte zu erhöhen. Lithium-Eisenphosphat- (LFP) Batterien entwickeln sich jedoch zu einer beachtlichen Alternative.

Mit der chemischen Formel LiFePO₄ (Lithium, Eisen, Phosphat) bieten LFP-Batterien im Vergleich zu NMC- und NCA-Pendants deutliche Vorteile:

• Kosteneffizienz: Die LFP-Produktionskosten sind deutlich niedriger (~98,50 $/kWh gegenüber 120,30 $ für NCA), was E-Autos potenziell erschwinglicher macht.
• Längere Lebensdauer: LFP-Batterien halten mehr Ladezyklen stand, was Tesla dazu veranlasst, 100 % Aufladung zu empfehlen (im Vergleich zu 80 % für Batterien auf Nickelbasis).
• Schnelllade-Resistenz: Ihre 3D-Kristallstruktur widersteht Hochspannungs-/Hitze-Aufladung besser als NMC/NCA-Batterien.
• Sicherheit: Der thermische Auslöseschwellenwert von LFP (270°C) übersteigt den von NMC (210°C) und NCA (150°C) bei weitem, wodurch Brandrisiken reduziert werden.
• Nachhaltigkeit: Die kobalt-/nickelfreie Zusammensetzung senkt die Kohlenstoffemissionen um 15-25 % und vermeidet umstrittene Bergbaupraktiken.

Die robusten Fe-PO-Bindungen von LFP widerstehen der Sauerstofffreisetzung unter Belastung (Kurzschlüsse, Überhitzung) und verhindern so das thermische Durchgehen effektiver als Batterien auf Cobaltbasis.

Trotz der Vorteile weisen LFP-Batterien Kompromisse auf:

• Geringere Energiedichte: LFP-Akkus speichern ~30 % weniger Energie als NCA-Äquivalente, was größere/schwerere Batterien für eine äquivalente Reichweite erfordert.
• Kältebedingte Einschränkungen: Unter -20°C (-4°F) weisen LFP-Batterien aufgrund reduzierter Leitfähigkeit und Lithium-Ionen-Diffusion ein langsameres Laden auf.

Tesla stellte 2021 (China) und 2022 (USA) die Standard-Range-Modelle auf LFP um. Ford plant die Einführung von LFP für den europäischen Mustang Mach-E und ausgewählte F-150-Modelle bis 2024. Rivian wird LFP zuerst in Amazon-Lieferwagen und dann in Standard-Range-Trucks einsetzen. Die neu gestalteten Chevy Bolt EV von General Motors und die 2025er-Modelle von BMW werden ebenfalls die LFP-Technologie nutzen.

Beobachtungen von Tesla-Modellen zeigen:

• LFP-Batterien erreichen ihre Höchstleistung bei höheren Temperaturen (~70°F gegenüber ~60°F bei NCA) für eine optimale Reichweite.
• Standard Range Model 3s (LFP) erreichen die von der EPA angegebene Reichweite konsistenter als Long Range/Performance-Varianten.

Studien zeigen, dass LFP-Zyklen 2-4x länger halten als NMC-Batterien, mit minimaler Degradation durch vollständiges Aufladen.

Ja – ihr höherer thermischer Auslöseschwellenwert (270°C gegenüber 150°C bei NCA) reduziert die Brandrisiken erheblich, obwohl Brände von Lithiumbatterien nach wie vor extrem selten sind.

Während Tesla aufgrund ihrer Widerstandsfähigkeit vollständiges Aufladen für LFP empfiehlt, optimiert das Beibehalten einer Ladung von 80-85 % dennoch die Langlebigkeit für alle Lithium-Ionen-Batterien.

Die Ladegeschwindigkeit nimmt bei Temperaturen unter dem Gefrierpunkt ohne Vorkonditionierung ab, obwohl thermische Management-Updates dies möglicherweise mildern.

Ja – die Eliminierung von Kobalt/Nickel reduziert die Abhängigkeit von Bergbauarbeiten mit humanitären Bedenken und unterstützt inländische Lieferketten.