г. Москва, ул. Космонавта Волкова д,12

Аккумуляторы LiFePO4 против аккумуляторов NCM

Технология NCM

В Li-ion аккумуляторах подвида NCM (альтернативная маркировка – INR) применяется литий-никель-марганец-кобальт-оксидный катод – LiNiMnCoO2. Никель обеспечивает высокую объемную плотность энергии. Кобальт повышает стабильность химической структуры, улучшает проводимость, увеличивает емкостные характеристики и циклический ресурс ячеек. Марганец повышает стабильность материала, устойчивость к токовым нагрузкам и безопасность использования элементов питания.

Такой состав катода обеспечивает ячейкам отличные характеристики, в числе которых:

  • высокая плотность энергии – до 200 Вт·ч/кг;
  • увеличенная номинальная мощность;
  • ток разряда до 2С;
  • номинальное напряжение 3,7 В на элемент;
  • рабочий диапазон от 2,6 до 4,2 В;
  • ресурс свыше 1000 циклов;
  • высокая теплостойкость;
  • диапазон допустимых температур при разряде от -20 до +60 °С, но на морозе запас емкости и уровень токоотдачи временно снижаются;
  • незначительный саморазряд – <10% в месяц;
  • способность обеспечивать автономное питание разной техники – от компактных электронных устройств, электронных сигарет и медтехники до е-байков и электромобилей.

Как и большинство Li-ion аккумуляторов, модели подвида Li-NCM обычно имеют стандартную цилиндрическую форму. Самые распространенные типоразмеры 18650 и 21700. Их используют по-отдельности или в составе аккумуляторных батарей, которые собирают из одинаковых ячеек при помощи отрезов никелевой полосы и аппарата точечной сварки.

О недостатках Li-NCM ячеек

К минусам NMC батарей относят их предрасположенность к естественному «старению» (постепенное ухудшение рабочих параметров), чувствительность к перезаряду и чрезмерному разряду, склонность к перегреву и возможность возгорания. Эти риски возрастают при механическом повреждении ячеек и неправильном обращении с ними, в частности, при перезаряде или использовании после длительного пребывания в глубоко разряженном состоянии.

Корректное обращение с Li-NCM элементами и четкое соблюдение правил их эксплуатации играют главную роль для их безопасного использования. Основную работу по недопущению опасных состояний в литий-ионных АКБ выполняет BMS плата. Таким электронным контроллером оснащают каждую Li-ion батарею. БМС плата не допускает перезаряда и глубокого разряда, токовых перегрузок, перегрева и других рисков при эксплуатации АКБ. В сочетании с ответственным отношением пользователей это делает NCM аккумуляторы прекрасным выбором для использования в разных приложениях.

Технология LiFePO4

Литий-железо-фосфатные аккумуляторы используют в виде катодного материала литий-феррофосфат – LiFePO4. Эта особенность обеспечила им замечательные характеристики:

  • высокие показатели тепловой и химической стабильности;
  • меньшая чувствительность к перезарядам и глубоким разрядам;
  • способность эффективно работать в жестких условиях, в т. ч. при высоких и низких температурах, в интенсивном циклическом режиме;
  • высокая производительность, ток разряда до 10С;
  • стабильное напряжение разряда;
  • увеличенный ресурс – минимум 2000 циклов;
  • номинальный вольтаж 3,2 В;
  • рабочий промежуток от 3 до 3,65 В;
  • удельная энергоемкость ≈150 Вт·ч/кг;
  • разрешенные температуры при разряде от-30 до +50 °С;
  • малый саморазряд – до 3% в год;
  • соответствие высоким стандартам безопасности, несклонность к возгоранию даже в экстремальных ситуациях.

По удельной энергоемкости LFP батареи немного уступают NCM моделям – при равных значениях емкости и напряжения литий-железо-фосфатные АКБ крупнее и тяжелее. Зато им нет равных по уровню безопасности, морозостойкости и устойчивости к химической деградации. Что касается форм-фактора, среди LFP аккумуляторов преобладают призматики разных размеров, но есть и цилиндрические ячейки. Часто элементы LiFePO4 предусматривают болтовое соединение с использованием монтажных пластин, что позволяет собирать из них АКБ без применения точечной сварки.

Возможности использования батарей LiFePO4 обширны, но чаще всего ими оснащают складскую и клининговую технику, персональный электротранспорт мощностью от 750 Вт, лодки и другие суда с электромоторами, портативные зарядные станции, системы автономного и резервного питания. Нерационально их использовать только в ситуациях, когда ключевую роль играет сведение к минимуму массы и размеров элементов питания, например, при оснащении дронов.

Сравнительная таблица

В таблице представлены ориентировочные значения основных технических характеристик аккумуляторов LiFePO4 и Li-NCM. У элементов разных брендов они могут различаться, поэтому смотрите точные характеристики в техпаспортах (datasheet).

Критерий

LiFePO4

Li-NCM

Удельная энергоемкость

Ниже, около 150 Вт·ч/кг.

Выше, около 200 Вт·ч/кг.

Вольтаж (номинал)

3,2 В

3,7 В

Рабочий промежуток

2,5–3,65 В

2,6–4,2 В

Возможные температуры при разряде

От-30 до +50 °С, с сохранением работоспособности даже при граничных значениях диапазона.

От -20 до +60 °С, но лучшие токо-емкостные показатели будут при температуре от +15 до +25 °С.

Ресурс

>2000 циклов

>1000 циклов

Сохранение работоспособности на морозе

Да

При температуре ниже -10 °С емкость и токоотдача ощутимо падают из-за замедления химических процессов.

Разрядные токи

До 10С

До 2С

Пожаробезопасность

Высокая

Ниже

Устойчивость к перезаряду, глубокому разряду, химической деградации, тепловому разгону

Высокая

Ниже

Экологичность

Высокая

Ниже, из-за содержания кобальта.

Распространенные форм-факторы

Призматики разных размеров и цилиндрические ячейки.

Цилиндры стандартных типоразмеров: 18650, 21700 и т.д. Но встречаются и призматики.

Выводы

В семействе литий-ионных накопителей энергии есть модели с разными типами химии. От формулы катодного материала зависят технические особенности аккумов, их преимущества и оптимальные сферы применения. Так, высокотоковые ячейки подвида Li-NCM отлично подходят для питания разнообразных устройств и техники с интенсивным энергопотреблением, особенно если нужно минимизировать вес и размеры аккумуляторного блока.

Если же требования к массе и габаритам АКБ не такие строгие, а на первый план выходит стабильность и безопасность аккумуляторной батареи, лучшим выбором становится тип химии LiFePO4. Как и в ситуациях, когда ключевую роль играет морозоустойчивость, увеличенный циклический ресурс АКБ, ее выносливость или способность питать оборудование мощностью свыше 750 Вт. В конечном итоге все зависит от того, какие характеристики наиболее важны для конкретного оборудования с учетом условий его эксплуатации.

Ранее в блоге VirtusTec.ru вышла статья о том, какой источник бесперебойного питания выбрать для дома.

  • Статья обновлена: 20 августа 2024 г.
  • 20 августа 2024 г.
  • 524 просмотра
  • 0 комментариев
Как переделать ИБП на LiFePO4?
Предыдущая
Как переделать ИБП на LiFePO4?
Следующая
Проблематика использования активных балансиров на LiFePO4 аккумуляторах
Проблематика использования активных балансиров на LiFePO4 аккумуляторах
RU Москва