01 – Lithium-Eisenphosphat zeigt einen steigenden Trend

Lithiumbatterien zeichnen sich durch geringe Größe, niedriges Gewicht, schnelles Laden und lange Lebensdauer aus. Dies zeigt sich beispielsweise an Handy- und Autobatterien. Lithium-Eisenphosphat-Batterien und ternäre Materialbatterien zählen derzeit zu den beiden wichtigsten Unterarten von Lithiumbatterien.

Aus Sicherheitsgründen werden im Bereich der Pkw und Nutzfahrzeuge vermehrt Lithium-Eisenphosphat-Batterien eingesetzt, da diese kostengünstiger sind und eine vergleichsweise ausgereifte und sichere Technologie aufweisen. Ternäre Lithiumbatterien mit höherer spezifischer Energie finden ebenfalls breite Anwendung in Pkw. Laut jüngsten Ankündigungen ist der Anteil von Lithium-Eisenphosphat-Batterien in Pkw von unter 20 % auf rund 30 % gestiegen.

Lithium-Eisenphosphat (LiFePO4) ist eines der gängigen Kathodenmaterialien für Lithium-Ionen-Batterien. Es zeichnet sich durch gute thermische Stabilität, geringe Feuchtigkeitsaufnahme und ein ausgezeichnetes Lade-Entlade-Verhalten im voll geladenen Zustand aus. Es steht im Mittelpunkt von Forschung, Produktion und Entwicklung im Bereich der Lithium-Ionen-Batterien für die Energiespeicherung. Aufgrund struktureller Einschränkungen weisen Lithium-Ionen-Batterien mit Lithium-Eisenphosphat als positivem Kathodenmaterial jedoch eine geringe Leitfähigkeit, eine langsame Diffusionsrate der Lithium-Ionen und eine schwache Entladeleistung bei niedrigen Temperaturen auf. Dies führte zu der geringen Reichweite früher Fahrzeuge mit Lithium-Eisenphosphat-Batterien, insbesondere bei niedrigen Temperaturen.

Um die Reichweite von Elektrofahrzeugen deutlich zu steigern, insbesondere nachdem die Förderpolitik für alternative Antriebe höhere Anforderungen an Reichweite, Energiedichte und Energieverbrauch gestellt hat, hat sich die ternäre Lithiumbatterie mit ihrer höheren Energiedichte trotz anfänglicher Marktführerschaft der Lithium-Eisenphosphat-Batterie zunehmend zum Standard im Markt für alternative Pkw entwickelt. Jüngsten Meldungen zufolge hat sich der Anteil der Lithium-Eisenphosphat-Batterie im Pkw-Bereich zwar erholt, der Anteil der ternären Lithiumbatterie liegt aber weiterhin bei rund 70 %.

02 – Sicherheit ist der größte Vorteil

Nickel-Kobalt-Aluminium oder Nickel-Kobalt-Mangan werden üblicherweise als Anodenmaterialien für ternäre Lithiumbatterien verwendet. Die hohe Aktivität dieser Materialien führt jedoch nicht nur zu einer hohen Energiedichte, sondern birgt auch erhebliche Sicherheitsrisiken. Unvollständige Statistiken zeigen, dass die Zahl der Unfälle mit Selbstzündung bei Elektrofahrzeugen im Jahr 2019 um das 14-Fache gegenüber 2018 gestiegen ist. Marken wie Tesla, Weilai, BAIC und Weima waren in der Folge von solchen Unfällen betroffen.

Der Unfall zeigt, dass Brände hauptsächlich während oder unmittelbar nach dem Ladevorgang entstehen, da sich die Batterie im Langzeitbetrieb stark erhitzt. Bei Temperaturen über 200 °C zersetzt sich das positive Material einer ternären Lithiumbatterie leicht, und die Oxidationsreaktion führt zu einer schnellen thermischen Überhitzung und heftigen Verbrennung. Die Olivinstruktur von Lithium-Eisenphosphat sorgt für hohe Temperaturstabilität; die Überhitzungstemperatur liegt bei 800 °C, und es entsteht weniger Gas, wodurch diese Batterie vergleichsweise sicherer ist. Aus Sicherheitsgründen verwenden neue Elektrobusse in der Regel Lithium-Eisenphosphat-Batterien, während neue Elektrobusse mit ternären Lithiumbatterien derzeit nicht für die Vermarktung und den Einsatz zugelassen sind.

Kürzlich wurden zwei Elektrofahrzeuge von Chang'an Auchan mit Lithium-Eisenphosphat-Batterien ausgestattet, was sie von anderen Fahrzeugherstellern, die sich auf Pkw konzentrieren, unterscheidet. Bei den beiden Modellen handelt es sich um SUV und MPV. Xiong Zewei, stellvertretender Geschäftsführer des Forschungsinstituts von Chang'an Auchan, erklärte gegenüber Reportern: „Damit hat Auchan nach zweijährigen Bemühungen offiziell das Zeitalter der Elektromobilität betreten.“

Warum Lithium-Eisenphosphat-Batterien verwendet werden, erklärte Xiong damit, dass die Sicherheit von Elektrofahrzeugen seit jeher ein zentrales Anliegen der Nutzer und auch der Unternehmen sei. Aus diesem Grund habe der im neuen Fahrzeug verbaute Lithium-Eisenphosphat-Akkupack umfangreiche Tests bestanden, darunter Hitzebeständigkeit bei über 1300 °C, Kältebeständigkeit bei -20 °C, Beständigkeit gegenüber 3,5%iger Salzlösung und Stoßbelastung von 11 kN. Damit erfülle er die Anforderungen an die Batteriesicherheit und sei beständig gegen Hitze, Kälte, Wasser und Stöße.

Berichten zufolge ist der Changan Auchan x7ev mit einem Permanentmagnet-Synchronmotor mit einer maximalen Leistung von 150 kW ausgestattet und verfügt über eine Reichweite von mehr als 405 km sowie eine besonders langlebige Batterie mit 3000 Ladezyklen. Bei normaler Temperatur dauert es nur eine halbe Stunde, um die Reichweite von über 300 km zu erhöhen. „Dank des Bremsenergierückgewinnungssystems kann die Reichweite des Fahrzeugs im Stadtverkehr sogar bis zu 420 km erreichen“, fügte Xiong hinzu.

Laut dem vom Ministerium für Industrie und Informationstechnologie veröffentlichten Entwicklungsplan für die Fahrzeugindustrie (2021–2035) (Entwurf zur Kommentierung) werden Fahrzeuge mit alternativen Antrieben bis 2025 etwa 25 % des Gesamtabsatzes ausmachen. Es ist davon auszugehen, dass ihr Anteil in Zukunft weiter steigen wird. Vor diesem Hintergrund beschleunigen auch traditionelle, unabhängige Automobilhersteller wie Chang'an Automobile ihre Markterschließung im Bereich der Fahrzeuge mit alternativen Antrieben.