LFP-Batterien weisen eine deutlich bessere Hitzebeständigkeit auf als ternäre Lithiumbatterien. Dieser Vorteil ist ein zentrales Merkmal ihrer Sicherheit und ein wichtiger Aspekt bei vielen Anwendungen, beispielsweise bei Energiespeicherbatterien, bei denen ternäre Lithiumbatterien nicht zulässig sind.
Die Unterschiede in ihrer Hitzebeständigkeit spiegeln sich vor allem in folgenden Aspekten wider:
1. Thermische Stabilität: Lithiumeisenphosphat hat einen klaren Vorteil
Die chemische Struktur (Olivinstruktur) von Lithiumeisenphosphat (LFP) ist sehr stabil und verleiht ihm eine hervorragende Hitzebeständigkeit. Ternäres Lithium (NCM/NCA) ist aufgrund seiner reaktiveren chemischen Zusammensetzung anfälliger für Kristallstrukturänderungen bei hohen Temperaturen.
2. Thermal Runaway-Temperatur: Ein großer Unterschied
Das thermische Durchgehen ist der gefährlichste Zustand einer Batterie und bezieht sich auf den unkontrollierten Anstieg der Innentemperatur, der letztendlich zu einem Brand oder einer Explosion führt. Im Folgenden finden Sie einen Vergleich der Temperaturen an kritischen Punkten des thermischen Durchgehens beider Batterien:
Die Daten zeigen deutlich, dass die „Brandschwelle“ und die „Durchlaufobergrenze“ von Lithium-Eisenphosphat-Batterien viel höher sind als die von ternären Lithiumbatterien:
| Artikel | Lithium-Eisenphosphat-Batterie (LFP) | Ternäre Lithiumbatterie (NMC/NCA) |
| Zersetzungstemperatur des Kathodenmaterials | Ungefähr. 500–800 Grad | Ungefähr. 200–300 Grad |
| Auslösetemperatur für thermisches Durchgehen | Über etwa. 250–300 Grad | Kann bei ca.. 120–200 Grad ausgelöst werden |
| Spitzentemperatur des thermischen Durchgehens | Ungefähr. 520–620 Grad | Bis zu 800–920 Grad |
| Selbst-Starttemperatur der Selbsterwärmung | Höher (ungefähr . 116.5 Grad) | Niedriger (ungefähr . 65.8 Grad) |
3. Verbrennungsintensität: Lithiumeisenphosphat (LFP) ist milder
Selbst im unglücklichen Fall eines thermischen Durchgehens sind die Gefahrenstufen der beiden völlig unterschiedlich:
3.1 Verbrennungsprozess: LFP zerfällt bei hohen Temperaturen nicht leicht in Sauerstoffmoleküle, was zu einer relativ milden Verbrennung führt; während sich ternäre Lithiummaterialien bei hohen Temperaturen in Sauerstoff zersetzen, wodurch ein Verbrennungsbeschleuniger entsteht, der zu einem intensiveren Feuer führt und sogar strahlartige Flammen bildet.
3.2 Gasfreisetzung: LFP setzt beim thermischen Durchgehen hauptsächlich Rauch frei, normalerweise ohne offene Flamme. Ternäre Lithiumbatterien stoßen jedoch heftig große Mengen brennbarer Flüssigkeiten und fester Ablagerungen aus, wodurch möglicherweise umliegende Objekte entzündet und größerer Schaden verursacht werden.
3.3 Ausbreitungsgeschwindigkeit: Ein Test an ternären Lithiumbatterien mit hohem -Nickelgehalt (NMC811) zeigte, dass ihre Ausbreitungsgeschwindigkeit des thermischen Durchgehens fünfmal so hoch ist wie die von Lithiumeisenphosphatbatterien. Das bedeutet, dass sich das Feuer, sobald eine ternäre Lithiumbatterie außer Kontrolle gerät, extrem schnell auf benachbarte Batterien ausbreitet und so ein deutlich kürzeres Fluchtfenster bleibt.
Während ternäre Lithiumbatterien auf Materialebene nicht die gleiche Hitzebeständigkeit aufweisen wie LFP-Batterien, haben bedeutende technologische Fortschritte in den letzten Jahren diese Lücke durch Verbesserungen der Technik und des Designs auf Systemebene geschlossen. Zu diesen Maßnahmen gehören:
• Zelloptimierung:unter Verwendung monokristalliner Materialien, hoch{0}sicherer Separatoren, Überladungsschutzadditive (z. B. PTC-Additive) und neuartiger flammhemmender Elektrolyte.
• Moduldesign:Platzierung von Wärmedämmstoffen wie Aerogel zwischen Zellen und Entwicklung von Richtungsentlüftungs- und Druckentlastungsventilen.
• Systemintegration:Entwerfen verstärkter Batteriepackgehäuse und Füllen der Räume zwischen Zellen und Modulen mit feuerhemmenden Materialien wie wärmeisolierenden Vergussmassen.
• Batteriemanagementsystem (BMS):Verhinderung eines thermischen Durchgehens durch präzisere Spannungs-, Strom- und Temperaturüberwachung sowie fortschrittliche Algorithmen.
BMS-Testmaschinewird verwendet, um die Leistung von Batteriemanagementsystemen zu testen und zu verifizieren, reale Batteriebetriebsbedingungen zu simulieren und das Testen verschiedener Funktionen des BMS zu automatisieren, um dessen Zuverlässigkeit, Sicherheit und Stabilität sicherzustellen.
Zusammenfassend
Lithium-Eisenphosphat-Batterien haben einen erheblichen Vorteil hinsichtlich der Hochtemperaturbeständigkeit, da sie eine höhere Auslösetemperatur für thermisches Durchgehen und eine mildere Verbrennung aufweisen.
Um eine höhere Energiedichte zu erreichen, sind jedoch Maßnahmen zur Verbesserung der Sicherheit ternärer Lithiumbatterien erforderlich, wodurch die Kosten für ternäre Lithiumbatteriezellen weiter steigen. Daher sind Elektrofahrzeuge, die mit ternären Lithiumbatterien ausgestattet sind, aufgrund der höheren Kosten teurer als solche mit Lithiumeisenphosphatbatterien.
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Acey Intelligentbietet One-Stop-Lösungen für halb- und voll-automatische Lithium-Batteriepack-Montagelinien für Anwendungen wie Energiespeichersysteme (ESS), UAVs, E-{3}Bikes, E-{4}Scooter, Elektrowerkzeuge und zwei- oder drei{6}rädrige Fahrzeuge. Darüber hinaus bietet das Unternehmen ein komplettes Sortiment an Batteriepack-Montagegeräten an, darunter Zellensortiermaschinen, Batteriesortiermaschinen, Isolierpapier-Klebemaschinen, CCD-Tester, manuelle und automatische Punktschweißmaschinen, BMS-Tester, Batterie-Kompletttester und Batteriepack-Testsysteme.