Comparaison approfondie de la batterie lfp vs nca vs ncm

Différence de définition entre les piles LFP, NCA et NCM

Batterie NCM

La batterie ternaire nickel-cobalt-manganèse, appelée NCM, provient de l'abréviation des trois principaux éléments métalliques constitutifs, et selon différents rapports de teneur. Il existe différents numéros, les plus connus étant NCM523 et NCM811, en fonction de la teneur en nickel.

Bien qu'il s'agisse d'une batterie au lithium, l'électrolyte principal est un composé de lithium. Mais par rapport à la batterie lfp vs nmcLa force de l'effet de charge et de décharge de la batterie ternaire et le niveau de densité énergétique dépendent de la teneur en nickel dans sa composition.

Comparée à la batterie lfp vs nca vs ncm, la densité énergétique de la batterie ternaire au lithium est assez élevée et excellente, et l'effet de charge et de décharge est également bon. Cependant, la teneur élevée en nickel présente également des inconvénients, car la structure de l'électrolyte de la batterie ternaire au lithium est facile à induire des réactions secondaires et à se désintégrer dans un environnement à haute température, c'est-à-dire qu'elle n'est pas résistante à la température élevée et a une mauvaise stabilité thermique.

D'autre part, la rareté du cobalt est également un facteur limitant les batteries ternaires au lithium. Le cobalt est très rare dans toute l'Asie de l'Est et ne peut être importé que d'Afrique du Sud, ce qui est très cher, de sorte que même si la teneur en nickel est élevée, la stabilité thermique diminue.

Batterie NCA

La batterie ternaire nickel-cobalt-aluminium, appelée NCA, est également tirée des trois abréviations de la composition de ses principaux éléments, dont le rapport est de 8:1,5:0,5. Sa densité énergétique atteint le pic de 350Wh/kg requis par la norme nationale actuelle, l'effet de charge et de décharge est également de premier ordre, et l'endurance à long terme est supérieure à celle du NCM811.

En comparant la capacité, la densité énergétique et les performances de sécurité des piles ternaires avec différentes teneurs en nickel, on constate que plus la teneur en nickel est élevée, plus l'instabilité relative est importante. Par rapport à la batterie lfp vs nca vs ncm, NCM présente tous les défauts des différents types de batteries, NCA également, et il y a un grave défaut de gonflement.

Par rapport à la batterie lfp vs nca, l'aluminium contenu dans la batterie NCA est un métal amphotère acide-base, et l'environnement de la réaction électrochimique est légèrement déséquilibré, ce qui entraîne une réaction secondaire qui libère une grande quantité de gaz. Il en résulte un gonflement de la batterie, ce qui ajoute un danger supplémentaire en plus d'une stabilité thermique insuffisante.

Batterie LFP

La batterie au phosphate de fer lithié, appelée LFP, est caractérisée par une faible densité énergétique, seulement 200Wh/kg, et n'est pas résistante au froid. Lorsque la température extérieure est inférieure à -10-20°C, la densité énergétique de la batterie LFP est proportionnellement réduite, ce qui entraîne une diminution de la durée de vie de la batterie.

En outre, si l'on compare les piles lfp aux piles nca et ncm, les piles lfp présentent une résistance élevée à la température, une structure interne stable et une grande sécurité au niveau de la forme de la pile. Même lorsqu'elle atteint sa résistance maximale à la température (700-800°C au-dessus de zéro), elle n'explose pas comme une batterie ternaire. Au lieu de cela, elle commence à fumer, et le risque d'incendie et d'explosion est extrêmement faible, car aucun gaz n'est généré à l'intérieur pour augmenter la pression.

La limite supérieure de la densité énergétique du système de la batterie LFP est de 200wh/kg, et la limite supérieure de la densité énergétique du système de la batterie ternaire au lithium (NCM/NCA) est de 350wh/kg. Comparée à la lfp par rapport à la nca par rapport à la ncm, la densité énergétique de la batterie lfp est bien inférieure à celle de la batterie ternaire au lithium.

C'est pourquoi, au cours des dernières années, les batteries NCM et NCA ont continué à être recherchées par le marché. Au début, la densité énergétique de la batterie NCA utilisée par Tesla était plus de deux fois supérieure à celle de la batterie LFP de BYD.

Avantages et inconvénients de la batterie NCM et NCA

La batterie ternaire au lithium la plus courante en Chine est la batterie NCM. Les exigences techniques et le coût des batteries NCM sont moindres que ceux des batteries NCA. La technologie brevetée des batteries NCA est essentiellement entre les mains du Japon et de la Corée du Sud. Les avantages des batteries à forte teneur en nickel sont évidents : réduction des coûts (moins de cobalt) et augmentation de la densité énergétique des batteries (plus de nickel). Néanmoins, si l'on compare les batteries lfp vs nca vs ncm, les inconvénients sont également importants.

Il y a moins de cobalt et plus de nickel, ce qui entraîne une mauvaise stabilité de la structure en couches. L'électrolyte se décompose facilement et des réactions secondaires se produisent entre l'électrolyte et la surface du matériau, et les substances produites par la réaction entraînent une mauvaise conductivité de l'interface.

La solution à forte teneur en nickel, faible teneur en cobalt et faible teneur en manganèse améliore la densité énergétique (augmentation de la durée de vie des batteries) avec une solution à faible coût, en échange de la durée du cycle, de la sécurité et d'une stabilité thermique réduite. Dans le processus de production du NCA, l'aluminium est un métal amphotère et n'est pas facile à précipiter.

En conséquence, l'étanchéité de l'équipement de production doit être élevée, les exigences en matière de température et d'humidité sont plus strictes que pour les piles NCM, et les exigences en matière d'humidité sont contrôlées en dessous de 10%, ce qui augmente les exigences techniques et les coûts de production en conséquence.

Les processus de charge et de décharge des batteries NCA entraînent de graves réactions secondaires qui génèrent du gaz, ce qui fait gonfler et se déformer la batterie et entraîne des risques pour la sécurité. Les batteries NCA utilisent généralement des coques cylindriques qui résistent à la pression interne.

Les inconvénients des batteries NCM à haute teneur en nickel, les batteries NCA à haute teneur en nickel existent également, c'est-à-dire que tout en augmentant la densité énergétique, la stabilité thermique des batteries NCA diminuera également. C'est pourquoi, à partir de 2021, la production chinoise de batteries d'énergie a complètement changé de direction. Si l'on compare lfp vs nca vs ncm, le phosphate de fer lithié à courte durée de vie a largement dépassé la batterie ternaire au lithium à longue durée de vie.

Comparaison LFP vs NCA vs NCM - quelle est la meilleure solution ?

À en juger par les choix actuels sur le marché chinois, en comparant les batteries lfp vs nca vs ncm, les batteries au phosphate de fer lithié à faible densité énergétique sont devenues le premier choix des constructeurs automobiles chinois. De janvier à avril 2022, le chargement des batteries au phosphate de fer lithié dépasse de loin celui des batteries au lithium ternaire. En avril 2022, le volume de chargement des batteries au phosphate de fer-lithium est plus de deux fois supérieur à celui des batteries au lithium ternaire.

La stabilité thermique de la batterie ternaire est médiocre par rapport à celle de la batterie lfp ou de la batterie nca ou de la batterie ncm. La batterie lfp présente une grande stabilité et une longue durée de vie, ce qui explique que les constructeurs automobiles utilisent la solution de la batterie lfp. La structure olivine du lfp est extrêmement stable thermiquement, et la liaison P-O est ferme et difficile à décomposer. Même à haute température ou en cas de surcharge, la structure ne s'effondre pas comme une batterie ternaire au lithium.

D'une manière générale, la cathode LFP se décompose lorsqu'elle atteint une température supérieure à 700-800 degrés Celsius et produit une réaction de décomposition sans libérer une grande quantité d'oxygène, de sorte que même dans un environnement à très haute température, la batterie LFP ne brûle pas violemment. Les batteries LFP ont une grande stabilité thermique et des exigences moindres en matière de BMS. Bien que la gestion du BMS soit relativement importante, grâce aux mesures de protection passive telles que l'ignifugation et la réduction des pertes, elle peut également garantir l'utilisation sûre des batteries lfp pendant leur longue durée de vie.

En comparant lfp vs nca vs ncm, pour NCA et NCM, la performance de la batterie NCA est meilleure, mais en raison de la température d'emballement thermique plus basse, elle nécessite un processus de fabrication plus élevé. Les batteries NCM ont une température d'emballement thermique plus élevée, ce qui peut réduire les exigences du processus de production. Elles sont donc devenues le principal axe de recherche et de développement des entreprises chinoises de batteries, mais elles ne sont pas aussi performantes que les batteries NCA en termes de densité de stockage de l'énergie.

Tesla utilise une batterie au lithium NCA, comparée à une batterie lfp vs nca, qui possède une technologie relativement mature, une puissance et une densité énergétique élevées. Le rapport de recherche montre que la densité énergétique de la batterie Tesla est environ deux fois supérieure à celle de la batterie lfp de BYD. En comparant la batterie lfp à la batterie nca, on peut dire que la batterie NCA est une batterie de puissance idéale.

Tesla a finalement opté pour des batteries 18650 NCA. D'une part, Batteries 18650 ont une densité énergétique plus élevée et une meilleure stabilité et cohérence. D'autre part, le 18650 peut réduire efficacement le coût du système de batterie. En outre, bien que la taille de chaque cellule de batterie soit petite, l'énergie de chaque cellule peut être contrôlée à l'intérieur d'une petite plage. Même si une cellule du bloc-batterie tombe en panne, l'impact de cette panne peut être réduit.

Conclusion

Comparé à lfp vs nca vs ncm, NCA est le matériau cathodique ternaire le plus récent et le plus performant. Le NCM et d'autres matériaux ternaires, en tant que matériaux de cathode de batterie d'énergie, deviendront progressivement les gagnants des matériaux de cathode de batterie lithium-ion avec une forte compétitivité sur le marché en termes de performance de coût, de capacité et de caractéristiques de taux élevé, et remplaceront les principaux matériaux de cathode pour d'autres batteries actuellement sur le marché.