Детальное сравнение литиевых аккумуляторов LFP, NCA, NMС

LFP, NMC и NCA – это три типа тяговых литий-ионных батарей, которые массово используются в электротранспорте. В электрической складской технике (погрузчиках, штабелерах, тележках) устанавливают преимущественно LFP аккумуляторы, поскольку они недорогие и безопасные. Однако, если хочется больше производительности, то можно поставить NMC. Дорогие аккумуляторы NCA редко применяют в электропогрузчиках, в основном, если требуется исключительная мощность и производительность. Давайте детально рассмотрим различия между этими литий-ионными батареями.

Грозит ли миру кризис из-за дефицита литий-ионных аккумуляторов

Аккумуляторы LFP

Особенности литий-железо-фосфатных тяговых батарей:

Невысокая плотность энергии в сравнении с NCA, NMC. Хорошим показателем считается 160 Вт·ч/кг.
В аккумуляторных элементах LFP отсутствуют дорогие материалы (кобальт, никель), что делает их более доступными. Это выгодная замена устаревшим свинцово-кислотным батареям.
Литий-железо-фосфатные аккумуляторы отличаются высокой термостойкостью, стабильной внутренней структурой.
Долговечность – свыше 2000 циклов.

При тепловом разгоне они нагреваются до 283–448°С при пике термостойкости в 700-800°C. В результате они могут дымиться. Даже когда катод разлагается при температуре выше 700°С, то реакция проистекает без выделения большого количества кислорода. Вероятность пожара и взрыва крайне низкая, поскольку давление внутри ячеек практически не растет. Высокая безопасность делает LFP разумным выбором для промышленного применения, кроме того снижаются требования к плате BMS (системе управления батареей).

Аккумуляторы NMC

Особенности никель-кобальт-марганцевых тяговых батарей:

Невысокое содержание кобальта снижает стоимость производства.
Плотности энергии находится посередине между LFP и NCA. Она может достигать 200 Вт·ч/кг.
Температуры теплового разгона также средние, что неплохо для безопасности. Вероятность возгорания или взрыва ниже, чем у NCA аккумуляторов.
Термическая стабильность плохая: из-за высокого содержания никеля при перегреве возникают побочные реакции, и структура электролита распадается.

В целом, аккумуляторные элементы NMC считаются выгодным решением для сборки недорогих, но мощных тяговых батарей с приемлемой безопасностью.

Аккумуляторы NCA

Особенности никель-кобальт-алюминиевых тяговых батарей:

Отличная плотность энергии – 260 Вт·ч/кг (в лучших образцах – 350 Вт·ч/кг).
Термическая стабильность низкая. Чем больше в катодном материале никеля, тем она хуже. Чрезмерная зарядка может вызвать тепловой разгон уже при 65-80°С, что приводит к разогреву элементов до 739–1075°С. Вероятность возгорания высокая, поэтому нужно предпринимать меры безопасности: устанавливать системы терморегуляции или охлаждения, высококачественную плату BMS.
Содержащийся в катоде алюминий при перегреве вызывает побочную реакцию с выделением большого количества газа, что приводит к деформации, вздутию аккумуляторных элементов. Рекомендуется использовать аккумуляторы NCA с цилиндрическими ячейками, которые более устойчивы к внутреннему давлению.

Сравнительная таблица литий-ионных батарей LFP, NCA, NMC

Сравниваемые параметры	Ед. изм.	NMC	NCA	LFP
Материалы катода	-	оксиды никеля, марганца, кобальта, лития	оксиды никеля, кобальта, алюминия, лития	фосфат железа лития
Плотность энергии удельная	Вт·ч/кг	150–200	200–260	90–160
Напряжение элемента макс./рабочее/мин.	В	4,3/3,7/2,6	4,2/3,6/3,0	3,65/3,3 /2,0
Число циклов	-	1000	500	2000
Начало теплового разгона при перезаряде	°С	80	65	140
Разогрев при тепловом разгоне	°С	500–700	739–1075	283–448
Безопасность	-	Хорошо	Удовлетворительно	Отлично

Материалы сайта не подлежат использованию кем-либо, в какой бы-то ни было форме, включая воспроизведение, распространение, переработку, не иначе как с письменного разрешения редакции Forklift.Blog.

Темы этой статьи:

Тяговые АКБ

Литий-ионные АКБ

Автор статьи: Энергинский К.А.
Специалист по аккумуляторной технологии
Автор-эксперт в области литий-ионных аккумуляторов

Опубликовано: 23 ноября 2022