Литий-железо-фосфатные аккумуляторы набирают популярность на рынке электромобилей

Технология аккумуляторных батарей для электромобилей продолжает быстро развиваться, появляются различные литий-ионные химические составы — от оксида кобальта лития (LCO) и оксида марганца лития (LMO) до оксида никеля, кобальта и алюминия лития (NCA). Эти батареи обычно называют по материалам катода, где ионы лития перемещаются во время разряда. Но зачем электромобилям так много типов батарей?

Различные составы батарей оптимизированы для конкретных показателей производительности — будь то срок службы батареи, максимальная скорость зарядки или плотность энергии. Выбор во многом зависит от требований применения. Например, батареи LMO отличаются чрезвычайно низким внутренним сопротивлением для быстрой зарядки, но меньшим сроком службы. В настоящее время никель-марганцево-кобальтовые (NMC) и NCA батареи доминируют в секторе электромобилей, балансируя никель и кобальт для повышения долговечности и плотности энергии. Однако батареи с фосфатом железа лития (LFP) становятся грозной альтернативой.

С химической формулой LiFePO₄ (литий, железо, фосфат) батареи LFP предлагают явные преимущества по сравнению с аналогами NMC и NCA:

• Экономичность: Затраты на производство LFP значительно ниже (~98,50 долларов США/кВтч против 120,30 долларов США для NCA), что потенциально делает электромобили более доступными.
• Увеличенный срок службы: Батареи LFP выдерживают больше циклов зарядки, что побуждает Tesla рекомендовать 100% зарядку (против 80% для батарей на основе никеля).
• Устойчивость к быстрой зарядке: Их трехмерная кристаллическая структура лучше выдерживает зарядку высоким напряжением/нагревом, чем батареи NMC/NCA.
• Безопасность: Порог теплового разгона LFP (270°C) намного превышает NMC (210°C) и NCA (150°C), снижая риски возгорания.
• Устойчивость: Состав без кобальта/никеля снижает выбросы углерода на 15-25% и позволяет избежать спорных методов добычи.

Прочные связи Fe-PO в LFP противостоят выделению кислорода под нагрузкой (короткие замыкания, перегрев), предотвращая тепловой разгон более эффективно, чем батареи на основе кобальта.

Несмотря на преимущества, батареи LFP имеют компромиссы:

• Более низкая плотность энергии: Аккумуляторы LFP хранят примерно на 30% меньше энергии, чем эквиваленты NCA, требуя более крупных/тяжелых батарей для эквивалентного запаса хода.
• Ограничения в холодную погоду: При температуре ниже -20°C (-4°F) батареи LFP демонстрируют более медленную зарядку из-за сниженной проводимости и диффузии ионов лития.

Tesla перевела модели Standard Range на LFP в 2021 году (Китай) и 2022 году (США). Ford планирует внедрить LFP для европейских Mustang Mach-E и отдельных моделей F-150 к 2024 году. Rivian сначала внедрит LFP в фургонах доставки Amazon, а затем в грузовиках стандартной дальности. Обновленные Chevy Bolt EV от General Motors и модели BMW 2025 года также будут использовать технологию LFP.

Наблюдения за моделями Tesla показывают:

• Батареи LFP достигают пика при более высоких температурах (~70°F против ~60°F для NCA) для оптимального запаса хода.
• Standard Range Model 3 (LFP) достигают заявленных EPA запасов хода более последовательно, чем варианты Long Range/Performance.

Исследования показывают, что циклы LFP служат в 2-4 раза дольше, чем батареи NMC, с минимальной деградацией от полной зарядки.

Да — их более высокий порог теплового разгона (270°C против 150°C для NCA) значительно снижает риски возгорания, хотя пожары литиевых батарей остаются крайне редкими.

Хотя Tesla рекомендует полную зарядку для LFP из-за ее устойчивости, поддержание заряда на уровне 80-85% по-прежнему оптимизирует долговечность для всех литий-ионных батарей.

Скорость зарядки снижается при отрицательных температурах без предварительной подготовки, хотя обновления терморегулирования могут смягчить это.

Да — исключение кобальта/никеля снижает зависимость от добычи полезных ископаемых, вызывающей гуманитарные проблемы, и поддерживает отечественные цепочки поставок.