Почему катоды NCM лучше для литий-ионных аккумуляторов

Ячейка литий-ионной батареи состоит из четырех основных частей: катода, анода, электролита, сепаратора. Название типа аккумулятора обычно связано с химическим составом катодного материала, например, NCM (никель-кобальт-марганцевый) или LFP (литий-железо-фосфатный). Из этой статьи вы узнаете, почему Li—ion батареи типа NCM стали широко использоваться в аккумуляторной промышленности. По данным Bloomberg New Energy Finance, производственные мощности по их выпуску занимают 69% от всех производственных мощностей по выпуску литий-ионных аккумуляторов.
Мировой рынок литий-ионных батарей
В области производства электротранспорта уровень использования LFP снижается, а уровень использования NCM растет. Ожидается, что к году он увеличится до 64%.
Мировой рынок li-ion батареи для электротранспорта

Сравнение разных типов аккумуляторных элементов

  • Коэффициент диффузии, подвижность электронов. Литиевые батареи NCM отличаются повышенной производительностью и плотностью энергии по сравнению с LFP из-за более высокого коэффициента диффузии лития и подвижности электронов. Ионы лития в них способны двигаться в двух различных направлениях, а в LFP – только в одном направлении. В результате коэффициент диффузии лития в никель-кобальт-марганцевых элементах в 10000 раз быстрее, а подвижность электронов в 1000 раз выше, чем в литий-железо-фосфатных.
пути ионов лития в элементах ncm и  lfp
  • Гигроскопичность. Электроды LFP легче поглощают влагу из воздуха, поэтому требуют строгого контроля влажности. Если этого не делать, то содержание воды в батарее увеличивается, что вызывает побочные реакции в процессе заряда-разряда. Возрастает риск набухания элементов и повышения сопротивления. Все это приводит к быстрому снижению производительности. Электроды NCM гораздо менее восприимчивы к влаге.
  • Кривые заряда-разряда. Состояние заряда (SOC) никель-кобальт-марганцевого аккумулятора четко зависит от уровня напряжения. С другой стороны, состояние заряда железо-фосфатного аккумулятора сложнее определить по уровню напряжения из-за плоской кривой (см. график ниже). В результате, диагностика SOC для NCM отклоняется в пределах 1-2% от фактического значения, в то время как для LFP отклонения составляют до 10%.
кривые зарядки разрядки для батарей ncm и lfp
  • Разрядная емкость. NCM аккумулятор с более тонким катодом может иметь такую же разрядную емкость, как LFP аккумулятор с более толстым катодом. Это означает, что для реализации одинаковой емкости можно использовать меньше материала катода.
  • Сохранение емкости. После одинакового количества циклов емкость у NCM сохраняется дольше. При сравнении аккумуляторов с одинаковой разрядной емкостью (2,6 мА/см2) после 500 циклов у NCM сохраняется на 15% больше емкости (80%), чем у LFP (65%).
  • Сопротивление. По мере возрастания количества циклов никель-кобальт-марганцевая батарея дольше сохраняет низкое сопротивление, что позволяет работать с меньшими потерями. Одно из исследований показало, что сопротивление аккумулятора LFP увеличилось до 3 Ом после 500 циклов, в то время как сопротивление аккумулятора NCM осталось ниже 3 Ом даже после 1000 циклов.
  • Безопасность. Литий-железо-фосфатные ячейки считаются более безопасными из-за меньшей плотности энергии. Однако на безопасность аккумуляторной батареи влияют много факторов: качество изготовления, чистота материалов, качество электрических контактов, факторы окружающей среды, электронная защита (BMS-контроллер) и т.д. Вопрос безопасности не может сводиться только к материалу катода.
  • Затраты при производстве. Для производства LFP элементов требуется меньше энергии, что снижает воздействие на окружающую среду. Однако, если сравнивать батареи с одинаковой емкостью, то энергозатраты не сильно отличаются.

Заключение

Технология батарей NCM дает значительные преимущества, поэтому становится основным выбором для производителей литий-ионных батарей. Она позволяет добиться высокой плотности энергии, длительного срока службы по сравнению с другими катодными материалами.
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. Использование материалов сайта без разрешения его владельца является нарушением авторских прав и преследуется по закону.
Автор статьи: Энергинский К.А.
Специалист по аккумуляторной технологии
Автор-эксперт в области литий-ионных аккумуляторов

Опубликовано: 09 октября 2023

Читайте также:

  • Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.


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.

При согласованном использовании материалов необходима ссылка на https://www.forklift.blog/.

Использование материалов сайта без разрешения его владельца является нарушением авторских прав и преследуется по закону.


Все размещенные на нашем сайте ссылки предоставлены исключительно в информационных целях. Мы не осуществляем рекламную деятельность и не преследуем коммерческие интересы. Наша цель — обеспечить посетителям доступ к дополнительной информации, расширяя их знания на темы, затронутые нашим ресурсом.