Развитие технологии аккумуляторов LFP

В настоящее время хорошие электромобили уже имеют достаточный запас хода для большинства людей, но они все еще намного дороже своих собратьев с ДВС (двигатель внутреннего сгорания). Вот почему LFP (LiFePO4) и CTP (cell-to-pack) являются чрезвычайно важными технологиями для массового распространения электромобилей. Автопроизводители, которые не планируют использовать эти две технологии как можно скорее, несерьезно относятся к массовому производству электромобилей. Например, Stellantis планирует начать использовать пакеты CTP с ячейками LFP только к 2024 году…

LFP — это аккумуляторная батарея без кобальта, которая в сочетании с простыми аккумуляторами CTP наконец-то может заставить электромобили конкурировать с автомобилями с ДВС по цене и доступности.

В то время как на уровне ячейки плотность энергии не велика, на уровне аккумуляторной батареи LFP может конкурировать с другими химическими веществами. Поскольку LFP — это очень безопасный химический состав аккумуляторов, а элементы не горят и не взрываются даже при проколе, аккумуляторные блоки не требуют особого защитного оборудования. Таким образом, аккумуляторные блоки LFP чрезвычайно просты в сборке и могут иметь безмодульную конфигурацию CTP.

Что касается обычных клеток NCA и NCM, то они более энергоемкие, но не очень безопасные. Аккумуляторы, изготовленные из этих элементов, требуют модулей и металлических пластин, которые действуют как брандмауэры в случае, если элемент сгорит или взорвется.

Подводя итог, можно сказать, что в сверхбезопасных аккумуляторных батареях LFP отношения VCTP (объемный элемент к блоку) и GCTP (гравиметрический элемент к блоку) намного выше. Давайте посмотрим на некоторые средние цифры.

Аккумуляторы LFP

• Коэффициент VCTP :60 %
• Коэффициент GCTP :85–90 %

Аккумуляторы NCM/NCA

• Коэффициент VCTP :40–45 %
• Коэффициент GCTP :60–65 %

Коэффициент VCTP говорит нам, какая часть объема аккумуляторной батареи соответствует активному материалу, который фактически хранит энергию (ячейки). Остальной объем занимает пассивный материал, используемый для сборки и защиты ячеек (корпус, модули, кабели, датчики, BMS, TMS и т. д.).

Соотношение GCTP говорит нам, какая часть веса аккумуляторной батареи приходится на активный материал, который на самом деле хранит энергию (ячейки). Остальной вес приходится на пассивный материал, используемый для сборки и защиты ячеек (корпус, модули, кабели, датчики, BMS, TMS и т. д.).

Как видите, не только элементы NCA и NCM сами по себе дороже, чем LFP, их аккумуляторные блоки также намного сложнее и требуют дорогостоящих материалов, чтобы сделать их в некоторой степени безопасными. Только около 45 % объема используется активным материалом (ячейками), а это означает, что пассивный материал, необходимый для сборки и защиты ячеек, занимает большую часть пространства.

Ниже вы можете увидеть простоту, которой BYD добилась в 2020 году, удалив модули с введением батареи Blade, соответствующей конфигурации CTP.

Эволюция аккумуляторных батарей BYD

Двигаясь дальше, давайте посмотрим, какой плотности энергии ожидают крупные производители аккумуляторных элементов с помощью аккумуляторных элементов LFP.

СВОЛТ

• 2021 :170 Втч/кг (графитовый анод)
• 2022 :200 Втч/кг (графитовый анод)
• 2023 :230 Втч/кг (гибридный графитовый/кремниевый анод)

Компания SVOLT рассчитывает увеличить плотность энергии элементов LFP за счет добавления большего количества кремния в графитовые аноды.

Госюань

• 2021 :230 Втч/кг (207 Втч/кг на уровне упаковки с JTM)
• 2022 :260 Втч/кг (234 Втч/кг на уровне упаковки с JTM)

Guoxuan рассчитывает увеличить плотность энергии элементов LFP, заменив графит на кремний в анодах.

CATL

• 2021–2023 :180–200 Втч/кг (350–450 Втч/л)
• 2023 :210–230 Втч/кг (450–500 Втч/л)

К 2023 году CATL планирует представить аккумуляторную батарею LxFP, которая, вероятно, является высоковольтной версией LFP (LMFP/LFMP), о которой я писал несколько лет.

Дорожная карта аккумуляторов CATL

К настоящему времени вы, вероятно, знаете, что аккумулятор BYD Blade — мой любимый аккумуляторный блок. Я съеживаюсь каждый раз, когда смотрю видео, в котором Сэнди Манро разбирает аккумуляторы старых автопроизводителей. Там так много мусора, которого можно было бы избежать с помощью простой батареи CTP, сделанной из элементов LFP. Представьте, насколько простыми и быстрыми могут быть производственные линии по сборке аккумуляторов CTP.

При первом выпуске в 2020 году батарея BYD Blade достигла плотности энергии 166 Втч/кг на уровне элемента и 140 Втч/кг на уровне упаковки. Однако с тех пор химия LFP улучшилась, и мне интересно, насколько энергоплотным будет второе поколение. Если BYD достигает 200 Вт·ч/кг на уровне элемента, аккумуляторная батарея Blade может достигать 170–180 Вт·ч/кг.

Я буду разочарован, если к следующему году BYD не будет использовать кремний в качестве анодов для более быстрой зарядки и не достигнет как минимум 170 Втч/кг на уровне упаковки.

Скорое появление электронной платформы BYD 3.0 — это хорошая возможность представить второе поколение батареи Blade. Мне любопытно узнать плотность энергии аккумуляторной батареи, используемой в грядущем BYD Dolphin.

Электронная платформа BYD 3.0