01 – Lithiumeisenphosphat zeigt steigende Tendenz

Lithiumbatterien zeichnen sich durch geringe Größe, geringes Gewicht, schnelles Laden und lange Lebensdauer aus. Dies lässt sich beispielsweise bei Handy- und Autobatterien beobachten. Lithium-Eisenphosphat-Batterien und ternäre Materialbatterien sind derzeit zwei wichtige Zweige der Lithiumbatterien.

Aus Sicherheitsgründen werden im Pkw- und Spezialfahrzeugbereich zunehmend Lithium-Eisenphosphat-Batterien mit geringeren Kosten, ausgereifterer und sichererer Produkttechnologie eingesetzt. Ternäre Lithiumbatterien mit höherer spezifischer Energie werden häufig im Pkw-Bereich eingesetzt. Laut einer neuen Meldung ist der Anteil von Lithium-Eisenphosphat-Batterien im Pkw-Bereich von zuvor weniger als 20 % auf rund 30 % gestiegen.

Lithiumeisenphosphat (LiFePO4) ist eines der am häufigsten verwendeten Kathodenmaterialien für Lithium-Ionen-Batterien. Es weist eine gute thermische Stabilität, geringe Feuchtigkeitsaufnahme und ein ausgezeichnetes Lade-Entlade-Zyklusverhalten im vollgeladenen Zustand auf. Es steht im Fokus der Forschung, Produktion und Entwicklung im Bereich der Strom- und Energiespeicherung von Lithium-Ionen-Batterien. Aufgrund der eingeschränkten Struktur weist die Lithium-Ionen-Batterie mit Lithiumeisenphosphat als positivem Material jedoch eine schlechte Leitfähigkeit, eine langsame Diffusionsrate der Lithiumionen und ein schlechtes Entladeverhalten bei niedrigen Temperaturen auf. Dies führt zu einer geringen Laufleistung der frühen Fahrzeuge mit Lithiumeisenphosphat-Batterien, insbesondere bei niedrigen Temperaturen.

Um den Durchbruch bei der Reichweite zu erreichen, insbesondere nachdem die Subventionspolitik für Fahrzeuge mit alternativer Energie höhere Anforderungen an die Reichweite, die Energiedichte und den Energieverbrauch der Fahrzeuge gestellt hat, haben sich ternäre Lithiumbatterien mit höherer Energiedichte allmählich zum Mainstream im Markt für Personenkraftwagen mit alternativer Energie entwickelt, obwohl Lithium-Eisenphosphat-Batterien früher den Markt eroberten. Aus der jüngsten Ankündigung geht hervor, dass der Anteil von Lithium-Eisenphosphat-Batterien im Bereich der Personenkraftwagen zwar wieder gestiegen ist, der Anteil ternärer Lithiumbatterien jedoch immer noch bei etwa 70 % liegt.

02 – Sicherheit ist der größte Vorteil

Nickel-Kobalt-Aluminium oder Nickel-Kobalt-Mangan werden im Allgemeinen als Anodenmaterialien für ternäre Lithiumbatterien verwendet, aber die hohe Aktivität der Materialien bringt nicht nur eine hohe Energiedichte mit sich, sondern birgt auch hohe Sicherheitsrisiken. Unvollständige Statistiken zeigen, dass die Zahl der Selbstzündungsunfälle bei Fahrzeugen mit neuer Energie im Jahr 2019 14-mal höher war als im Jahr 2018, und bei Marken wie Tesla, Weilai, BAIC und Weima kam es nacheinander zu Selbstzündungsunfällen.

Wie aus dem Unfall hervorgeht, entstehen Brände hauptsächlich während oder unmittelbar nach dem Ladevorgang, da die Batterie bei längerem Betrieb eine höhere Temperatur annimmt. Bei Temperaturen über 200 °C einer ternären Lithiumbatterie zersetzt sich das positive Material leicht, und die Oxidationsreaktion führt zu einem schnellen thermischen Durchgehen und einer heftigen Verbrennung. Die Olivinstruktur von Lithiumeisenphosphat sorgt für hohe Temperaturstabilität. Die Durchgehtemperatur erreicht 800 °C und erzeugt weniger Gas, sodass das Fahrzeug relativ sicher ist. Aus Sicherheitsgründen werden in Bussen mit alternativen Antrieben daher in der Regel Lithiumeisenphosphat-Batterien verwendet. Busse mit alternativen Antrieben und ternären Lithiumbatterien werden derzeit nicht als alternative Fahrzeuge beworben und zugelassen.

Kürzlich wurden zwei Elektrofahrzeuge von Changan Auchan mit Lithium-Eisenphosphat-Batterien ausgestattet, was einen Unterschied zu den herkömmlichen Fahrzeugherstellern darstellt, die sich auf Pkw konzentrieren. Bei den beiden Modellen von Changan Auchan handelt es sich um SUVs und MPVs. Xiong Zewei, stellvertretender Geschäftsführer des Chang'an Auchan Research Institute, erklärte gegenüber einem Reporter: „Nach zwei Jahren intensiver Bemühungen ist Auchan damit offiziell in das Elektrozeitalter eingetreten.“

Auf die Frage, warum Lithium-Eisenphosphat-Batterien verwendet werden, erklärte Xiong, dass die Sicherheit von Fahrzeugen mit alternativer Energie schon immer ein Problem der Nutzer und auch der Unternehmen gewesen sei. Vor diesem Hintergrund hat der Lithium-Eisenphosphat-Akku des neuen Fahrzeugs die Grenzwerttests bei Flammentemperaturen von über 1300 °C, Tieftemperaturbeständigkeit von –20 °C, Beständigkeit in einer 3,5%igen Salzlösung, Aufprall mit äußerem Druck von 11 kN usw. bestanden und die vier Sicherheitskriterien erfüllt: „keine Angst vor Hitze, keine Angst vor Kälte, keine Angst vor Wasser und keine Angst vor Stößen“.

Berichten zufolge ist der Changan Auchan x7ev mit einem Permanentmagnet-Synchronmotor mit einer maximalen Leistung von 150 kW ausgestattet, der eine Reichweite von über 405 km und eine extrem langlebige Batterie mit 3.000 Ladezyklen bietet. Bei Normaltemperatur dauert es nur eine halbe Stunde, um die Reichweite von über 300 km zu erreichen. „Dank des Bremsenergierückgewinnungssystems kann das Fahrzeug im Stadtverkehr sogar bis zu 420 km weit fahren“, fügte Xiong hinzu.

Laut dem Entwicklungsplan für die Branche der Elektrofahrzeuge (2021–2035) (Entwurf zur Kommentierung) des Ministeriums für Industrie und Informationstechnologie wird der Absatz von Elektrofahrzeugen bis 2025 etwa 25 % betragen. Es ist abzusehen, dass ihr Anteil künftig weiter steigen wird. In diesem Zusammenhang beschleunigen traditionelle, unabhängige Fahrzeugmarken, darunter Chang'an Automobile, den Aufbau des Marktes für Elektrofahrzeuge.