Zu den wichtigsten Leistungsmerkmalen von Lithiumbatterien gehören Energiedichte, Lade-/Entladerate, Lebensdauer, Sicherheit und Betriebstemperatur. In diesem Papier werden zwei repräsentative Arten von Lithiumbatterien zur Energiespeicherung in neuen Energiekraftwerken ausgewählt und ihre Leistung verglichen.

Durch Analyse der Daten in der Tabelle kann festgestellt werden, dass die Leistungsunterschiede zwischen LFP- und NCM-Batterien hauptsächlich in den folgenden Bereichen liegen.

Energiedichte. Die Energiedichte einer Batterie ist die Menge an elektrischer Energie, die pro Volumeneinheit oder Masse der Batterie freigesetzt wird, die weitgehend durch die Leistung der positiven und negativen Elektrodenmaterialien bestimmt wird. Theoretisch beträgt die Massenenergiedichte von NCM-Batterien etwa das 1,5- bis 1,8-fache von LFP-Batterien, aber auf Produktebene ist der Unterschied in der Massenenergiedichte zwischen den beiden Batterietypen aufgrund der unterschiedlichen Produktpositionierung in der Praxis nicht so groß und Sicherheitserwägungen jedes Unternehmens. Beispielsweise beträgt die Massenenergiedichte der LFP-Batterie 155,8 Wh/kg, was nur geringfügig unter den 164,7 Wh/kg der NCM-Batterie liegt, aber bei gleicher Zellkapazität hat die NCM-Batterie eine um 15 % kleinere Grundfläche als die LFP-Batterie, die Land spart und die Kosten für den Transport und die Installation der Batterie reduziert.

Lade-/Entlademultiplikator. Die Lade-/Entladerate von gängigen LFP-Batterien auf dem heutigen Markt beträgt 1 C und weniger, hauptsächlich aufgrund der Leistung und Lebensdauer der Batterie. Aus Sicherheitsgründen ist die Leistung von NCM-Batterien mit einer Lade-/Entladerate von 2 C, die von derselben Firma hergestellt werden, jedoch normalerweise deutlich geringer als die von NCM-Batterien mit einer Lade-/Entladerate von 1 C oder weniger und der Massenenergie Die Dichte einiger NCM-Batterien ist sogar geringer als die von LFP-Batterien. Übliche Lade-/Entlademultiplikatoren für Energiespeicherbatterien sind 0,25 C (4 h Energiespeicherung), 0,5 C (2 h Energiespeicherung), 1 C (1 h Energiespeicherung). Da die Kosten für Lithiumbatterien gesunken sind, wird die 1-C-Überanpassung von Speicherbatterien mit Lithiumbatterien heute häufig verwendet, um den Leistungsbedarf von Energiespeichersystemen mit einem Lade-/Entlademultiplikator von 2 C in frühen Projekten zu decken. Diese Methode ist sicherer und die Lithiumbatterie hat eine längere Lebensdauer; es ist auch wirtschaftlicher als ein 2-C-Lade-/Entlade-Multiplikatorsystem, da das 1-C-Lade-/Entlade-Multiplikatorsystem verschiedene Gewinnmodelle wie Frequenzregulierung und Peak-/Valley-Arbitrage haben kann.

Zykluslebensdauer. Bei einer Umgebungstemperatur von 25 °C, einem Lade-/Entlademultiplikator von 1 C und einem EOL von 80 % hat eine LFP-Batterie mit 260 Ah Zellkapazität eine Zyklenlebensdauer von 6000 Zyklen. Dies liegt hauptsächlich daran, dass die LFP-Batterie ein glattes Entladespannungsplateau und keine Phasenänderung während des Ladens und Entladens aufweist, während die NCM-Batterie ein instabiles Entladespannungsplateau und eine Phasenänderung während des Ladens und Entladens aufweist, was die Zellkapazität beeinträchtigen kann zu zerfallen und die Zykluslebensdauer zu verkürzen. Bei niedrigen Lade-/Entladeraten (unter 0,5 C) kann die Lebensdauer von NCM-Batterien erheblich verbessert werden und 5000 bis 6000 Zyklen erreichen.

Neue Energiekraftwerke im In- und Ausland erfordern Lithiumbatterien mit einer Lebensdauer von 5.500 Zyklen oder 15 Jahren (1 Zyklus pro Tag), und LFP-Batterien können die Anforderung an die Lebensdauer sehr gut erfüllen.

Sicherheit. Thermal Runaway in Lithium-Ionen-Batterien ist eine Kette von Wärmestaus während des exothermen Prozesses der Batterie, gefolgt von einem Anstieg der Batterietemperatur und einer Explosion und einem Brand, wenn die Intensität und Menge der erzeugten Wärme die Intensität der Wärmeableitung vollständig überwältigt .Unter Bedingungen wie Kurzschluss, lokaler Überhitzung mit hoher Impedanz, Extrusion, Punktion und Stoß kann die Endtemperatur von NCM-Batterien leicht 200–300 °C erreichen, wodurch große Mengen an Sauerstoff erzeugt werden und sie im Falle eines thermischen Durchgehens anfällig für eine Entzündung werden liegt der Sauerstoff in der Kristallstruktur der LFP-Batterie in Form von Phosphor-Sauerstoff-Tetraedern vor und es wird kein Sauerstoff freigesetzt.

Allerdings ist die Zellkapazität von Energiespeicherbatterien für neue Energiekraftwerke viel höher als die von Pkw-Strombatterien, und es ist schwieriger, die Temperatur zu kontrollieren. Daher bevorzugen Energiespeicherbatterien für neue Energiekraftwerke aus sicherheitstechnischer Sicht LFP-Batterien.

Arbeitstemperatur. Studien haben gezeigt, dass die Entladekapazität von NCM- und LFP-Batterien, gemessen bei einer hohen Temperatur von 55 °C, keine signifikante Verschlechterung im Vergleich zu der bei 25 °C gemessenen aufweist, wobei 25 °C als Referenztemperatur verwendet werden. Bei niedrigen Temperaturen, insbesondere unter -20 °C, ist die Entladekapazität der NCM-Batterie jedoch deutlich höher als die der LFP-Batterie. Daher ist die Tieftemperatureignung von LFP-Batterien für Energiespeichersysteme, die in Gebieten mit hohen Breitengraden gebaut werden, aufgrund des großen Temperaturunterschieds zwischen Tag und Nacht und der niedrigen Nachttemperatur nicht so gut wie die von NCM-Batterien.

Zusammenfassend lässt sich feststellen, dass LFP-Batterien besser zur Energiespeicherung in neuen Energiekraftwerken geeignet sind.

In diesem Artikel wird die Leistung von zwei Mainstream-Lithiumbatterien in der elektrochemischen Energiespeicherung – LFP-Batterien und NCM-Batterien – verglichen und analysiert, und die Ergebnisse zeigen, dass LFP-Batterien in Bezug auf die Masse etwas schwächer sind als NCM-Batterien Energiedichte und Leistung bei niedrigen Temperaturen, aber sie haben offensichtliche Vorteile in Bezug auf Sicherheit und Lebensdauer. Im Gegensatz zu Lithiumbatterien für Pkw-Batterien erfordern Energiespeicherbatterien für neue Energiekraftwerke eine höhere Sicherheit und Lebensdauer, und die Betriebsbedingungen sind relativ mild und erfordern keinen hohen Platzbedarf, sodass LFP-Batterien besser geeignet sind.