Pin lithium iron phosphate (LFP) ngày càng được ưa chuộng trong thị trường xe điện

Công nghệ pin xe điện tiếp tục phát triển nhanh chóng, với nhiều loại hóa chất lithium-ion khác nhau xuất hiện—từ lithium cobalt oxide (LCO) và lithium manganese oxide (LMO) đến lithium nickel cobalt aluminum oxide (NCA). Những loại pin này thường được đặt tên theo vật liệu cathode của chúng, nơi các ion lithium di chuyển trong quá trình xả. Nhưng tại sao xe điện cần nhiều loại pin đến vậy?

Các công thức pin khác nhau được tối ưu hóa cho các chỉ số hiệu suất cụ thể—cho dù là tuổi thọ pin, tốc độ sạc tối đa hay mật độ năng lượng. Sự lựa chọn chủ yếu phụ thuộc vào yêu cầu ứng dụng. Ví dụ, pin LMO có điện trở trong cực thấp để sạc nhanh nhưng tuổi thọ ngắn hơn. Hiện tại, pin nickel manganese cobalt (NMC) và NCA chiếm ưu thế trong lĩnh vực xe điện bằng cách cân bằng niken và coban để tăng cường tuổi thọ và mật độ năng lượng. Tuy nhiên, pin lithium iron phosphate (LFP) đang nổi lên như một lựa chọn thay thế đáng gờm.

Với công thức hóa học LiFePO₄ (lithium, iron, phosphate), pin LFP mang lại những lợi ích khác biệt so với các đối tác NMC và NCA:

• Hiệu quả chi phí: Chi phí sản xuất LFP thấp hơn đáng kể (~$98,50/kWh so với $120,30 cho NCA), có khả năng làm cho xe điện có giá cả phải chăng hơn.
• Tuổi thọ kéo dài: Pin LFP chịu được nhiều chu kỳ sạc hơn, thúc đẩy Tesla khuyến nghị sạc 100% (so với 80% đối với pin dựa trên niken).
• Khả năng chống sạc nhanh: Cấu trúc tinh thể 3D của chúng chịu được điện áp/nhiệt độ cao tốt hơn pin NMC/NCA.
• An toàn: Ngưỡng thoát nhiệt của LFP (270°C) vượt xa NMC (210°C) và NCA (150°C), giảm nguy cơ hỏa hoạn.
• Bền vững: Thành phần không chứa coban/niken làm giảm lượng khí thải carbon từ 15-25% và tránh các hoạt động khai thác gây tranh cãi.

Liên kết Fe-PO mạnh mẽ của LFP chống lại sự giải phóng oxy dưới áp lực (ngắn mạch, quá nhiệt), ngăn chặn sự cố nhiệt hiệu quả hơn pin dựa trên coban.

Mặc dù có những ưu điểm, pin LFP vẫn có những thỏa hiệp:

• Mật độ năng lượng thấp hơn: Gói LFP lưu trữ ~30% năng lượng ít hơn so với các loại NCA tương đương, yêu cầu pin lớn hơn/nặng hơn để có phạm vi tương đương.
• Hạn chế thời tiết lạnh: Dưới -20°C (-4°F), pin LFP thể hiện khả năng sạc chậm hơn do giảm độ dẫn điện và khuếch tán ion lithium.

Tesla đã chuyển đổi các mẫu Standard Range sang LFP vào năm 2021 (Trung Quốc) và 2022 (Mỹ). Ford có kế hoạch áp dụng LFP cho các mẫu Mustang Mach-E và một số mẫu F-150 ở châu Âu vào năm 2024. Rivian sẽ triển khai LFP đầu tiên trong các xe giao hàng của Amazon, sau đó là xe tải tầm tiêu chuẩn. Chevy Bolt EV được thiết kế lại của General Motors và các mẫu xe 2025 của BMW cũng sẽ sử dụng công nghệ LFP.

Các quan sát từ các mẫu Tesla cho thấy:

• Pin LFP đạt đỉnh ở nhiệt độ cao hơn (~70°F so với ~60°F của NCA) để có phạm vi tối ưu.
• Các biến thể Model 3 (LFP) Standard Range đạt phạm vi được EPA đánh giá nhất quán hơn so với các biến thể Long Range/Performance.

Các nghiên cứu cho thấy chu kỳ LFP kéo dài gấp 2-4 lần so với pin NMC, với sự suy giảm tối thiểu từ việc sạc đầy.

Có—ngưỡng thoát nhiệt cao hơn của chúng (270°C so với 150°C của NCA) làm giảm đáng kể nguy cơ hỏa hoạn, mặc dù hỏa hoạn pin lithium vẫn cực kỳ hiếm.

Trong khi Tesla khuyến nghị sạc đầy cho LFP do khả năng phục hồi của nó, việc duy trì mức sạc 80-85% vẫn tối ưu hóa tuổi thọ cho tất cả các loại pin lithium-ion.

Tốc độ sạc giảm ở nhiệt độ dưới mức đóng băng mà không cần điều hòa trước, mặc dù các bản cập nhật quản lý nhiệt có thể giảm thiểu điều này.

Có—việc loại bỏ coban/niken làm giảm sự phụ thuộc vào các hoạt động khai thác có liên quan đến các vấn đề nhân đạo và hỗ trợ chuỗi cung ứng trong nước.