Le prestazioni chiave delle batterie al litio includono densità di energia, velocità di carica/scarica, durata del ciclo, sicurezza e temperatura di esercizio. In questo documento vengono selezionati due tipi rappresentativi di batterie al litio per l'accumulo di energia nelle centrali elettriche di nuova generazione e vengono confrontate le loro prestazioni.

Analizzando i dati nella tabella, si può notare che le differenze di prestazioni tra le batterie LFP e NCM sono principalmente nelle seguenti aree.

Densità energetica. La densità di energia di una batteria è la quantità di energia elettrica rilasciata per unità di volume o massa della batteria, che è in gran parte determinata dalle prestazioni dei materiali degli elettrodi positivi e negativi. Teoricamente, la densità di energia di massa delle batterie NCM è circa da 1,5 a 1,8 volte quella delle batterie LFP, ma a livello di prodotto, la differenza di densità di energia di massa tra i due tipi di batterie non è così grande in pratica a causa del diverso posizionamento del prodotto e considerazioni sulla sicurezza di ciascuna azienda. Ad esempio, la densità di energia di massa della batteria LFP è 155,8 Wh/kg, che è solo leggermente inferiore ai 164,7 Wh/kg della batteria NCM, ma con la stessa capacità della cella, la batteria NCM ha un ingombro inferiore del 15% rispetto a la batteria LFP, che consente di risparmiare terreno e ridurre i costi di trasporto e installazione della batteria.

Moltiplicatore di carica/scarica. La velocità di carica/scarica delle batterie LFP tradizionali oggi sul mercato è di 1 C e inferiore, principalmente a causa delle prestazioni e della durata del ciclo della batteria. Tuttavia, per motivi di sicurezza, le prestazioni delle batterie NCM con una velocità di carica/scarica di 2 C prodotte dalla stessa azienda sono generalmente significativamente inferiori a quelle delle batterie NCM con una velocità di carica/scarica di 1 C o inferiore e l'energia di massa la densità di alcune batterie NCM è addirittura inferiore a quella delle batterie LFP. I moltiplicatori di carica/scarica comuni per le batterie di accumulo di energia sono 0,25 C (4 h di accumulo di energia), 0,5 C (2 h di accumulo di energia), 1 C (1 h di accumulo di energia). Poiché il costo delle batterie al litio è diminuito, la sovrapposizione di 1 C delle batterie di accumulo con le batterie al litio è ora comunemente utilizzata per soddisfare i requisiti di alimentazione dei sistemi di accumulo di energia con un moltiplicatore di carica/scarica di 2 C nei primi progetti. Questo metodo è più sicuro e la batteria al litio ha una maggiore durata; è anche più economico di un sistema moltiplicatore di carica/scarica da 2 C poiché il sistema moltiplicatore di carica/scarica da 1 C può avere vari modelli di profitto come la regolazione della frequenza e l'arbitraggio picco/valle.

Ciclo di vita. A una temperatura ambiente di 25 °C, un moltiplicatore di carica/scarica di 1 °C e un EOL dell'80%, una batteria LFP con una capacità della cella di 260 Ah ha una durata del ciclo di 6000 cicli. Ciò è dovuto principalmente al fatto che la batteria LFP ha un plateau di tensione di scarica regolare e nessun cambiamento di fase durante la carica e la scarica, mentre la batteria NCM ha un plateau di tensione di scarica instabile e un cambiamento di fase durante la carica e la scarica, che può causare la capacità della cella decadere e ridurre il ciclo di vita. A bassi tassi di carica/scarica (inferiori a 0,5 °C), la durata del ciclo delle batterie NCM può essere notevolmente migliorata, raggiungendo da 5000 a 6000 cicli.

In patria e all'estero, le nuove centrali elettriche richiedono batterie al litio con una durata del ciclo di 5.500 cicli o 15 anni (1 ciclo al giorno) e le batterie LFP possono soddisfare molto bene il requisito della durata del ciclo.

Sicurezza. L'instabilità termica nelle batterie agli ioni di litio è una catena di accumulo di calore durante il processo esotermico della batteria, seguita da un aumento della temperatura della batteria e da un'esplosione e un incendio quando l'intensità e la quantità di calore generata superano completamente l'intensità della dissipazione del calore .In condizioni quali cortocircuito, surriscaldamento locale ad alta impedenza, estrusione, perforazione e impatto, la temperatura massima delle batterie NCM può raggiungere facilmente i 200-300°C, generando grandi quantità di ossigeno e rendendole suscettibili all'accensione In caso di instabilità termica , l'ossigeno nella struttura cristallina della batteria LFP è sotto forma di tetraedri fosforo-ossigeno e non viene rilasciato ossigeno.

Tuttavia, la capacità delle celle delle batterie di accumulo di energia per le nuove centrali elettriche è molto superiore a quella delle batterie di alimentazione delle autovetture ed è più difficile controllare la temperatura. Pertanto, dal punto di vista della sicurezza, gli accumulatori di energia per le nuove centrali elettriche prediligono le batterie LFP.

Temperatura di lavoro. Gli studi hanno dimostrato che la capacità di scarica delle batterie NCM e LFP misurata ad una temperatura elevata di 55°C non ha un degrado significativo rispetto a quella misurata a 25°C, utilizzando 25°C come temperatura di riferimento. Tuttavia, alle basse temperature, soprattutto al di sotto dei -20 °C, la capacità di scarica della batteria NCM è significativamente superiore a quella della batteria LFP. Pertanto, per i sistemi di accumulo di energia costruiti in aree ad alta latitudine, l'idoneità alle basse temperature delle batterie LFP non è buona come quella delle batterie NCM a causa della grande differenza di temperatura tra il giorno e la notte e la bassa temperatura notturna.

In sintesi, si può scoprire che le batterie LFP sono più adatte per l'accumulo di energia nelle nuove centrali elettriche.

In questo documento, vengono confrontate e analizzate le prestazioni di due batterie al litio tradizionali nell'accumulo di energia elettrochimica - batterie LFP e batterie NCM - ei risultati mostrano che le batterie LFP sono leggermente più deboli delle batterie NCM in termini di massa densità di energia e prestazioni alle basse temperature, ma presentano evidenti vantaggi in termini di sicurezza e durata del ciclo. A differenza delle batterie al litio per le batterie di alimentazione delle autovetture, le batterie di accumulo di energia per le nuove centrali elettriche richiedono una maggiore sicurezza e durata del ciclo e le condizioni operative sono relativamente miti e non richiedono requisiti di spazio elevati, quindi le batterie LFP sono più adatte.