5 Unterschiede zwischen ternären und Lithium-Eisenphosphat-Batterien

Ternäre Batterien sind ternäre Lithium-Ionen-Batterien. Sie verwenden Lithium-Nickel-Kobalt-Mangan (Li(NiCoMn)O2) als positives Elektrodenmaterial. Die Vorläufer dieser ternären Verbundmaterialien für positive Elektroden werden aus Nickel-, Kobalt- und Mangansalz hergestellt. Die Verhältnisse von Nickel, Kobalt und Mangan können nach Bedarf angepasst werden. Im Vergleich zu Lithium-Kobaltoxid-Batterien weisen Batterien mit ternären Materialien als positive Elektrode eine höhere Sicherheit auf.

Ternäre Lithiumbatterien eignen sich für Power-Akkus oder kleine Akkus, insbesondere solche mit hoher Kapazität. Heute haben ternäre Materialzellen die früher weit verbreiteten Lithium-Kobaltoxid-Zellen ersetzt und finden häufig Anwendung in Laptop-Akkus.

Derzeit sind Lithium-Eisenphosphat-Batterien und ternäre Lithium-Ionen-Batterien die beiden wichtigsten und beliebtesten Lithium-Ionen-Batterien auf dem Markt. Welche ist in diesem Szenario besser: eine ternäre Lithium-Ionen-Batterie oder eine Lithium-Eisenphosphat-Batterie? Lassen Sie uns ihre Stärken und Schwächen näher betrachten.

Lithium-Eisenphosphat-Batterie:

Lithium-Eisenphosphat-Batterien werden aus den Rohstoffen Phosphor und Eisen hergestellt, die in der Erdkruste reichlich vorhanden sind. Daher ist die Versorgung weniger eingeschränkt. Diese Batterien haben eine moderate Spannung (3,2 V), eine hohe Kapazität pro Gewichtseinheit (170 mAh/g), eine hohe Entladeleistung, eine Schnellladefähigkeit und eine lange Lebensdauer. Im Vergleich zu anderen Batterietypen weisen sie zudem eine höhere Stabilität bei hohen Temperaturen und thermischen Bedingungen auf. Im Vergleich zu den üblicherweise verwendeten ternären Lithium- und Lithium-Manganoxid-Batterien bieten Lithium-Eisenphosphat-Batterien mindestens fünf wesentliche Vorteile: höhere Sicherheit, längere Lebensdauer, keine seltenen Metalle und stark umweltbelastenden Schwermetalle, Schnellladefähigkeit und einen breiten Betriebstemperaturbereich.

Ternäre Lithiumbatterie:

Ternäre Polymer-Lithium-Ionen-Batterien Verwenden Sie Lithium-Nickel-Kobalt-Manganoxid (Li(NiCoMn)O2) als positives Elektrodenmaterial und Graphit als negative Elektrode – daher der Begriff „ternäre Lithiumbatterie“. Besteht die negative Elektrode aus Lithiumtitanat, wird sie üblicherweise als „Lithiumtitanat“ bezeichnet und gehört nicht zum üblichen „ternären Material“.

Ternäre Lithium-Ionen-Batterien haben eine hohe Energiedichte und eine bessere Zyklenleistung als herkömmliche Lithiumbatterien. Dank kontinuierlicher Verbesserungen in Zusammensetzung und Struktur liegt die Nennspannung dieser Batterien heute bei 3,7 V, und die Kapazität entspricht oder übertrifft das Niveau herkömmlicher Lithiumbatterien.

Vergleich zwischen ternärer Lithiumbatterie und Lithiumeisenphosphatbatterie

Was ist sicherer, die ternäre Lithiumbatterie oder die Lithium-Eisenphosphat-Batterie?

Hohe Temperatur:

In puncto Sicherheit übertreffen Lithium-Eisenphosphat-Batterien ternäre Lithium-Batterien. Der Hauptgrund liegt in ihrer besseren Wärmebeständigkeit, da sie Temperaturen von über 800 Grad standhalten. Anders ausgedrückt: Lithium-Eisenphosphat-Batterien entzünden sich typischerweise erst bei Temperaturen über 800 Grad.

Ternäre Lithiumbatterien hingegen unterscheiden sich deutlich: Ihre thermische Durchbrenntemperatur liegt bei etwa 200 Grad Celsius. Betrachtet man die Brandfälle von Fahrzeugen mit alternativer Antriebstechnologie, so betrifft die Mehrzahl der Fälle ternäre Lithiumbatterien. Herkömmliche Lithium-Eisenphosphat-Batterien zeigen bei Durchstoßtests Rauch, aber keine sichtbaren Flammen, und ihre Oberflächentemperatur erreicht zwischen 200 und 400 Grad Celsius. Ternäre Lithiumbatterien hingegen erhitzen sich nach einem Durchstoß sofort auf über 500 Grad Celsius und beginnen heftig zu brennen. Daher ist in Regionen mit hohen Temperaturen das Brandrisiko ternärer Lithiumbatterien relativ höher.

Niedrige Temperatur:

Lithiumbatterien verlieren bei niedrigen Temperaturen deutlich an Leistung. Die Tieftemperaturgrenze für Lithiumeisenphosphat liegt in der Regel bei -20 °C, während ternäre Lithiumbatterien Temperaturen bis zu -30 °C standhalten. Zwischen 0 und -20 °C verlieren Lithiumbatterien um etwa 10–30 % an Leistung, wobei der Leistungsverlust bei ternären Lithiumbatterien im Allgemeinen um 10 % geringer ist als bei Lithiumeisenphosphat. Derzeit entwickeln viele Automobilhersteller und Batterieproduzenten fortschrittliche Wärmemanagementtechnologien, um die Leistung von Batterien bei niedrigen Temperaturen zu verbessern.

Energiedichte: Ternäre Lithiumbatterien haben eine höhere Energiedichte

Die Energiedichte ternärer Lithiumbatterien liegt im Allgemeinen zwischen 180 und 230 Wh/kg. Nickelreiche ternäre Lithiumbatterien erreichen problemlos 250 Wh/kg. Ein hoher Nickelgehalt kann jedoch die Batterieinstabilität erhöhen. Lithium-Eisenphosphat-Batterien hingegen haben typischerweise eine Energiedichte zwischen 140 und 160 Wh/kg, die maximal 180 Wh/kg erreichen kann. Blade-Batterien, eine Art Lithium-Eisenphosphat-Batterie, haben eine Energiedichte von 140 Wh/kg in der ersten Generation und potenziell 180 Wh/kg in der zweiten Generation.

Genauer gesagt lässt sich die Energiedichte von Batterien in Gewichtsenergiedichte und Volumenenergiedichte unterteilen. Erstere wird üblicherweise besprochen, während letztere oft weniger Beachtung findet, aber ebenso wichtig ist. Beispielsweise konnte durch strukturelle Innovationen die Volumenenergiedichte von Blade-Batterien von 251 Wh/l auf 320 Wh/l erhöht werden. Obwohl ihre Gewichtsenergiedichte nicht hoch ist, ist ihre Reichweite mit der von ternären Lithiumbatterien vergleichbar.

Lebensdauer: Lithium-Eisenphosphat-Batterien haben eine längere Lebensdauer

Langlebige Blei-Säure-Batterien haben eine Zyklenlebensdauer von etwa 300 Zyklen, maximal jedoch bis zu 500 Zyklen. Lithium-Eisenphosphat-Akkus haben eine Zyklenlebensdauer von über 2000 Zyklen. Blei-Säure-Batterien gleichen Gewichts halten in der Regel ein halbes Jahr lang (neu), ein halbes Jahr lang (alt), ein weiteres halbes Jahr lang (Wartung), was insgesamt nur etwa ein bis höchstens eineinhalb Jahre beträgt. Umgekehrt kann die theoretische Lebensdauer von Lithium-Eisenphosphat-Akkupacks unter ähnlichen Bedingungen sieben bis acht Jahre betragen.

Lithium-Eisenphosphat-Akkus halten in der Regel etwa acht Jahre. In südlichen Regionen kann ihre Lebensdauer sogar über acht Jahre hinausgehen. Die theoretische Lebensdauer von Lithium-Eisenphosphat-Akkus liegt bei über 2000 Lade-Entlade-Zyklen. Selbst bei einmaligem Aufladen pro Tag halten sie über fünf Jahre. Bei alltäglichem Gebrauch im Haushalt halten sie bei dreitägigem Aufladen typischerweise etwa acht Jahre. Da Lithium-Eisenphosphat-Akkus bei niedrigen Temperaturen jedoch schlechter funktionieren, ist ihre Lebensdauer in südlichen Regionen vergleichsweise länger.

Die Lebensdauer von Lithium-Eisenphosphat-Akkus beträgt etwa 5000 Zyklen. Jeder produzierte Akku hat eine eigene Zyklenzahl (z. B. tausend). Überschreitet diese Zahl, erreicht der Akku das Ende seiner Lebensdauer. Eine vollständige Entladung kann die Akkunutzung erheblich beeinträchtigen, daher ist eine Überentladung unbedingt zu vermeiden.

Ternäre Lithiumbatterien haben eine Lade-/Entladezyklen-Lebensdauer von etwa 2000 Zyklen, während Lithiumeisenphosphat typischerweise 3000 Zyklen erreicht, also das 1,5-Fache der ternären Lithiumbatterien. Die Batterielebensdauer wird nicht in Jahren, sondern in der Anzahl der Lade-/Entladezyklen gemessen. Beispielsweise ist der Batterieverfall nach 2000 Zyklen geringer als 20%. Das bedeutet, dass die Batteriekapazität nach 2000 Zyklen nur noch 80% beträgt und sich bei fortgesetzter Nutzung stetig abnutzt.

Anwendungsbereich

Ternäre Lithiumbatterie: Ternäre Lithiumbatterien mit ihrer hohen Energiedichte, stabilen Sicherheitsmerkmalen, hervorragenden elektrochemischen Eigenschaften (z. B. Unterstützung von Hochstromentladung) und ihrer Kosteneffizienz werden häufig in kleinen Lithiumbatteriebereichen wie der digitalen Unterhaltungselektronik, Industriegeräten und medizinischen Instrumenten eingesetzt. Sie bieten auch großes Entwicklungspotenzial in Bereichen wie intelligenten Robotern, AGV-Logistikfahrzeugen, Drohnen und Fahrzeugen mit alternativer Antriebstechnik.

Lithium-Eisenphosphat-Batterien: Lithium-Eisenphosphat-Batterien eignen sich für Anwendungen mit viel Platz, großen Batterievolumen, hohen Sicherheitsanforderungen und langen, unterbrechungsfreien Betriebszeiten. Lithium-Eisenphosphat-Batterien werden derzeit in Bereichen wie Fahrzeugen mit alternativer Antriebstechnologie, Energiespeichern, 5G-Basisstationen, Zweirädern, Schwerlastkraftwagen und Elektroschiffen eingesetzt.

Kosten: Niedrigere Kosten für Lithium-Eisenphosphat-Batterien

Das Kathodenmaterial von Lithiumbatterien macht 501 TP3T der Gesamtkosten der Batterie aus. Die Gesamtkosten von Lithiumeisenphosphatbatterien sind 201 TP3T niedriger als die von ternären Lithiumbatterien. Daher bieten Lithiumeisenphosphatbatterien einen gewissen Kostenvorteil.

Abschluss

Die Hauptunterschiede zwischen Lithiumeisenphosphat und ternären Lithiumbatterien liegen in den Kosten, der Leistung bei niedrigen Temperaturen, der Hitzebeständigkeit, der Energiedichte und der Lebensdauer.

1. Kosten: Lithium-Eisenphosphat-Batterien enthalten keine teuren Metalle wie Kobalt, daher sind die Rohstoffkosten niedriger, während bei ternären Lithiumbatterien das Gegenteil der Fall ist.
2. Leistung bei niedrigen Temperaturen: Die maximale Betriebstemperatur für ternäre Lithiumbatterien beträgt -30 Grad Celsius, für Lithium-Eisenphosphat-Batterien hingegen -20 Grad Celsius. Darüber hinaus ist der Zerfall von Lithium-Eisenphosphat-Batterien unter denselben niedrigen Temperaturen stärker ausgeprägt.
3. Hitzebeständigkeit: Wie oben erwähnt, kann die thermische Durchgehenstemperatur von Lithiumeisenphosphat 800 Grad Celsius erreichen, während ternäre Lithiumbatterien nur 200 Grad Celsius erreichen, was bedeutet, dass Lithiumeisenphosphatbatterien eine bessere Hitzebeständigkeit aufweisen.
4. Energiedichte: Ternäre Lithiumbatterien haben eine höhere Energiedichte, was bedeutet, dass sie bei gleichem Volumen mehr Elektronen aufnehmen können. Daher sind bei gleicher Kapazität Volumen und Gewicht der ternären Lithiumbatterie geringer.
5. Lebensdauer: Der Lade-Entladezyklus von Lithium-Eisenphosphat-Batterien kann mehr als 3500 Mal, manche sogar bis zu 5000 Mal, betragen, während die Zyklenlebensdauer von ternären Lithium-Batterien nur etwa 2500 Mal beträgt. Lithium-Eisenphosphat-Batterien haben also eine längere Lebensdauer.

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