Entdeckung der Sicherheitsüberlegenheit von Lithium-Eisenphosphat-Batterien gegenüber ternären Lithiumbatterien

Verständnis der Sicherheitsvorteile von Lithium-Eisen-Phosphat-Batterien (LiFePO4) im Vergleich zu ternären Lithiumbatterien

Lithium-Eisen-Phosphat (LiFePO4) und ternäre Lithium-Batterien weisen unterschiedliche Merkmale auf, insbesondere in Bezug auf "Energiedichte" und "Sicherheit". Während ternäre Lithiumbatterien eine höhere Energiedichte aufweisen, werden häufig Sicherheitsbedenken geäußert. Andererseits sind LiFePO4-Batterien trotz ihrer geringeren Energiedichte weithin für ihr besseres Sicherheitsprofil bekannt.

So kann eine ternäre Lithiumbatterie in 18650er-Zellen (Durchmesser: 18 mm, Höhe: 65 mm) eine Kapazität von bis zu 3500 mAh erreichen, während eine LiFePO4-Batterie bei gleichem Volumen bei etwa 2000 mAh endet.

Warum Lithium-Eisenphosphat-Batterien als sicher gelten

In LiFePO4-Batterien wird Lithiumeisenphosphat als Kathodenmaterial verwendet. Diese Zusammensetzung ist im Vergleich zu Alternativen wie Lithium-Kobalt-Oxid oder Materialien auf Nickelbasis wesentlich stabiler. Die P-O-Bindung in LiFePO4 ist außerordentlich widerstandsfähig, selbst bei hohen Temperaturen oder Überladung. Diese Eigenschaft minimiert das Risiko hitzebedingter Probleme und verhindert die Freisetzung hochreaktiver Substanzen, was die Sicherheit deutlich erhöht.

Vorteile von Lithium-Eisen-Phosphat-Batterien:

1. Verlängerte Lebensspanne: LiFePO4-Batterien können mehr als 4000 Zyklen bei 80% Entladetiefe (DOD) überstehen, was bei typischen Nutzungsszenarien einer Lebensdauer von 10-15 Jahren entspricht.
2. Verlässlichkeit im Einsatz: Selbst unter extremen Bedingungen, wie z. B. bei Autounfällen, haben SPIDERWAY-Batterien strenge Sicherheitstests bestanden und sind zertifiziert, nicht zu explodieren.
3. Schnellladefähigkeit: Mit Hilfe eines speziellen Ladegeräts, das mit 1,5C arbeitet, können diese Batterien in nur 40 Minuten vollständig aufgeladen werden.
4. Hochtemperaturtoleranz: Sie können Temperaturen von 350-500°C standhalten, ohne dass die Sicherheit beeinträchtigt wird.
5. Große Kapazität und kein Memory-Effekt: Die Batterien sind immun gegen den "Memory-Effekt" und gewährleisten eine gleichbleibende Kapazität über einen längeren Zeitraum.
6. Ökologische Verantwortung: LiFePO4-Batterien sind ungiftig, haben minimale Umweltauswirkungen und werden aus reichlich vorhandenen, kostengünstigen Rohstoffen hergestellt.

Ternäre Lithiumbatterien, die in der Regel Nickel, Kobalt und Mangan (NCM) enthalten, weisen ebenfalls bestimmte Sicherheitsmerkmale auf:

1. Stabile Kathodenstruktur: Der Sauerstoff in der Struktur des ternären Lithiummaterials ist stabil und wird nicht so leicht freigesetzt, wodurch die Wahrscheinlichkeit eines Brandes oder einer Explosion verringert wird.
2. Konsistentes Spannungsprofil: Das Herstellungsverfahren führt zu kleineren ternären Lithiumpartikeln, was zu einer gleichmäßigeren inneren Struktur führt. Diese Anordnung fördert die Betriebsstabilität.
3. Sicheres Aufladen und Entladen: Die Oxidationsfähigkeit der Materialien ist nicht stark, so dass Redoxreaktionen während der Lade- und Entladezyklen nur schwer möglich sind, was eine sicherere Betriebsumgebung gewährleistet.

Ternäre Lithiumbatterien können jedoch unter extremen Bedingungen ein Sicherheitsrisiko darstellen:

• Bei schweren Unfällen, wie z. B. Autounfällen, kann die Batteriemembran beschädigt werden, was zu einem Kurzschluss führt. Die dabei entstehende Hitze kann zu einem thermischen Durchgehen führen, wodurch die Temperatur schnell auf über 300 °C ansteigt.
• Die thermische Stabilität von ternären Lithiumbatterien ist schlechter als die von LiFePO4, da sie sich bei Temperaturen unter 300 °C zersetzen können, was zu einer schnellen Verpuffung führen kann.

Welche Batterie ist am sichersten?

Der wichtigste Sicherheitsunterschied zwischen den beiden Typen liegt in den Kathodenmaterialien. Ternäre Lithiumbatterien beginnen sich bei etwa 200 °C zu zersetzen, wobei Sauerstoff freigesetzt wird und die Verbrennung des Elektrolyten beschleunigt wird, was zu einem Brand führen kann. Die SPIDERWAY LiFePO4-Batterien hingegen bleiben bis zu 700-800 °C stabil und geben keine Sauerstoffmoleküle ab, was die Wahrscheinlichkeit einer Verbrennung verringert.

Es ist wichtig zu wissen, dass die Sicherheit nicht nur von den Materialien abhängt. Die allgemeine Sicherheit eines Batteriesystems hängt vom Batteriemanagementsystem (BMS) ab, das Überladung, Überentladung, Temperatur und Stromstärke überwacht, um Unfälle zu vermeiden.

Ternäre Lithiumbatterien sind zwar unter extremen Bedingungen anfälliger für Brände, aber ein robustes BMS kann diese Risiken mindern. LiFePO4-Batterien sind aufgrund ihrer chemischen Zusammensetzung von Natur aus sicherer, erfordern aber dennoch ein angemessenes Systemmanagement, um absolute Sicherheit zu gewährleisten. Daher ist es unzutreffend, ternäre Lithiumbatterien als von Natur aus unsicher oder LiFePO4-Batterien als absolut sicher zu bezeichnen - beide sind in hohem Maße von einem durchdachten Design und Management abhängig.