Autohersteller wechseln zu billigeren EV-Batterien, aber es gibt einen großen Kompromiss

Eine anhaltende Debatte innerhalb der Autoindustrie darüber, welcher Batterietyp in Elektrofahrzeuge eingebaut werden soll, ist nicht zugunsten der Millionen von Amerikanern, die in kälteren Klimazonen leben. Mehrere Marken wechseln vom aktuellen Standard, Nickel-Kobalt-Mangan (NCM), zu einer billigeren, häufiger vorkommenden Version, bekannt als Lithium-Eisen-Phosphat (LFP) – hauptsächlich bei ihren billigeren Fahrzeugen.

Es gibt viele Vor- und Nachteile für beide Chemien, obwohl ein bekannter Nachteil von LFP-Batterien darin besteht, dass ihre Reichweite bei kaltem Wetter aufgrund der geringeren Energiedichte schneller abnimmt. Ihre niedrigeren Kosten und ihre höhere Verfügbarkeit sind jedoch attraktiv für Autohersteller, die die Wartezeiten der Fahrzeuge verkürzen und die Preise niedrig halten möchten, da die Kosten für NCM-Materialien auf einem Allzeithoch sind.

Unterdurchschnittliche Leistung bei kaltem Wetter ist ein bekanntes EV-Problem, selbst bei LCM-Batterien, die heute die meisten Elektrofahrzeuge antreiben. Mehrere Klagen beanspruchen Marken wie Tesla(Öffnet in einem neuen Fenster) Und BMW(Öffnet in einem neuen Fenster) Übertreiben Sie die Fahrzeugreichweite, da sie bei kalten Temperaturen einfach nicht erreichbar sind. In PCMags eigenem Test eines brandneuen Tesla in diesem Winter in Chicago erreichte das Fahrzeug die Hälfte der angekündigten Reichweite.

„Im Durchschnitt verlieren Elektrofahrzeuge bei kalten Temperaturen etwa 40 % ihrer Reichweite“, sagt Greg Bannon, Leiter der Automobilforschung bei AAA, die eine ausführliche Veröffentlichung veröffentlichte lernen(Öffnet in einem neuen Fenster) zum Thema. „Sie können sich in einer Situation wiederfinden, in der Sie dachten, Sie könnten Ihr Ziel erreichen, aber dann ist Ihre Reichweite um 50-60 % geringer als angegeben. Also ja, es ist ein echtes Problem für Menschen in kalten Klimazonen und wir haben es von den Dächern geschrien.”

Mittlere jährliche tägliche Mindesttemperatur (Quelle: GIS Geography)

Autohersteller stehen mit dem Rücken zur Wand zwischen hohen Kosten und dem Wunsch, ihr schnell wachsendes Geschäft mit Elektrofahrzeugen zu beschleunigen. Die Biden-Administration möchte außerdem, dass bis 2030 50 % der Neuwagenverkäufe elektrisch sind. Sechs Staaten (und es werden mehr) haben sich verpflichtet, nach 2035 zu 100 % elektrisch zu fahren. Viele Fragen in Bezug auf Infrastruktur und Fahrzeugpreis sowie Leistung bei kaltem Wetter müssen gelöst werden um diesen Übergang für eine Vielzahl von Fahrern fair zu gestalten.

LFPs zum „Standard“ machen

Im November Rivian-CEO RJ Scaringe erzählt(Öffnet in einem neuen Fenster) Die Wallstreet Journal dass es „ziemlich optimistisch für LFP“ ist, das das Unternehmen in seinen Standardmodellen verwendet. Rivian meldete im dritten Quartal 2022 erhebliche finanzielle Verluste, was kostengünstige LFP zu einer attraktiven Option macht. Auf die Frage nach den möglichen Leistungsnachteilen von LFPs bei kaltem Wetter lehnte es eine Stellungnahme ab.

Tesla verwendet auch LFP-Batterien in at mindestens die Hälfte(Öffnet in einem neuen Fenster) seiner erschwinglicheren Fahrzeuge der Standardreihe, um die Kosten niedrig zu halten.

Letzte Woche kündigte Ford an, nachzuziehen und in den kommenden Jahren von 100 % NCM wegzukommen. Eine neue Batteriefabrik in Michigan wird LFP-Batterien herstellen, die Ford in bestimmte Fahrzeuge eintauschen wird, die heute NCM verwenden.

„Es ist sinnvoll, die derzeitige Beschränkung der Lieferkette durch Diversifizierung der Batteriechemie abzumildern“, sagt Gleb Yushin, CTO und Mitbegründer von Sila(Öffnet in einem neuen Fenster), die Materialien für Siliziumbatterien herstellt. „Der Wechsel von hochleistungsfähiger, nickelbasierter NCM-Chemie zu leistungsschwächerer, aber auch kostengünstigerer, eisenbasierter LFP-Chemie wird es Ford wahrscheinlich ermöglichen, seine Elektrifizierungs-Roadmap zu beschleunigen. Aber dieser Schritt ist mit Kosten verbunden.“

LFP und NCM: Was ist der Unterschied?

Die reduzierte Energiedichte von LFP ist auf die Materialeigenschaften zurückzuführen. Alle EV-Batterien bestehen aus zwei Hauptkomponenten: einer Anode und einer Kathode. Sowohl LFP als auch NCM haben typischerweise die gleiche Anode aus Graphit, aber unterschiedliche Metalle in der Kathode. NCM verwendet Lithium, Kobalt und Mangan und LFP verwendet Lithium und Eisen.

„NCM hat eine geschichtete, dicht gepackte Kristallstruktur“, erklärt Yushin. „Dies ermöglicht eine hohe Lithiumspeicherung pro Volumeneinheit. Im Gegensatz dazu hat LFP eine viel offenere, olivgrüne Kristallstruktur, die eine dichte Lithiumspeicherung nicht zulässt.“

Zusammensetzung von NCM- (links) vs. LFP- (rechts) Batteriekathoden. (Quelle: The Nickel Institute)

Er stellt auch fest, dass LFP-Batterien sowohl unter einer niedrigeren Batteriespannung als auch unter einer geringeren volumetrischen Kapazität leiden, zwei Hauptgründe für die geringere LFP-Energiedichte.

Hat mein EV LFP oder NCM?

Heutzutage können Käufer von Elektrofahrzeugen die von der EPA geschätzte Reichweite eines Fahrzeugs sehen – dh 250 Meilen –, aber der EPA und der Autoindustrie fehlt eine Standardmethode, um eine Reichweite zu vermitteln Boden bei wiederholter Anwendung bei kaltem Wetter. Der Bedarf an einer solchen Metrik steigt, sobald LFP-Batterien üblicher werden. Die Unternehmen, die sie bereits verwenden, haben sich jedoch entschieden, den Batterietyp gegenüber zukünftigen Kunden nicht offenzulegen.

Der Online-Fahrzeugkonfigurator von Rivian erwähnt beispielsweise weder LFP noch NCM. Stattdessen können Käufer einen Lkw mit Standardreichweite (260 Meilen) wählen, der wahrscheinlich auf einem LFP läuft, 6.000 US-Dollar mehr für ein „großes Paket“ (328 Meilen) ausgeben oder 16.000 US-Dollar für ein „Max-Paket“ (400 Meilen) hinzufügen.

Rivians Online-‘Vehicle Studio’ ermöglicht es zukünftigen Kunden, mit möglichen Konfigurationsoptionen zu spielen. (Bildnachweis: Rivian)

Dasselbe gilt für Tesla, obwohl Tesla Fahrzeugbesitzern eine Möglichkeit bietet, ihren Batterietyp zu überprüfen, nachdem das Fahrzeug in der Hand ist. „Einige Fahrzeuge sind mit einer Lithium-Eisen-Phosphat-Batterie (LFP) ausgestattet“, sagt Tesla Webseite(Öffnet in einem neuen Fenster). „Um festzustellen, ob Ihr Fahrzeug mit einer LFP-Batterie ausgestattet ist, navigieren Sie zu Controls > Software > Additional Vehicle Information.“

Wenn Kunden ein LFP-Fahrzeug haben, können sie regelmäßig zu 100 % laden. Dies ist ein Vorteil gegenüber NCM, bei dem nur empfohlen wird, auf 80-90 % aufzuladen, insbesondere für Kunden bei wärmerem Wetter, wo die Autos die zusätzliche Leistung leichter behalten.

Tesla-Verkaufswebsite, die mehrere Reichweitenoptionen enthält, aber keinen Batterietyp angibt. (Quelle: Tesla)

Ford plant auch nicht, den Batterietyp den Kunden offenzulegen, selbst wenn seine LFP-Ankündigung darauf hindeutet, dass Kunden wählen können. „Das Angebot von LFP als zweite Batteriechemie – zusätzlich zu Nickel-Kobalt-Mangan (NCM) – ermöglicht es Ford-Kunden, ein Elektrofahrzeug mit einzigartigen Batterieleistungsmerkmalen zu wählen, die am besten auf ihre Bedürfnisse abgestimmt sind“, so Ford sagt(Öffnet in einem neuen Fenster).

Als PCMag fragte, ob Kunden speziell ein LFP- oder NCM-Fahrzeug auswählen würden, sagte Ford nicht genau. “Kunden werden sich nicht für eine bestimmte Batteriechemie entscheiden”, sagt Hannah Ooms, Kommunikationsmanagerin der Batteriesparte von Ford.

Ford erklärt die Hauptunterschiede zwischen NCM- und LFP-Batterien und stellt fest, dass NCM für bessere Leistung, Reichweite und Leistung bei kaltem Wetter bekannt ist. (Bildnachweis: Ford)

Auf die Frage nach den Merkmalen, auf die Kunden bei kaltem Wetter achten sollten, empfahl Ooms, beim heutigen Kauf eine Version mit erweiterter Reichweite auszuwählen, während Ford-Fahrzeuge zu 100 % aus LCM bestehen. Sobald LFP-Fahrzeuge auf den Markt kommen, sollten sie „ein Gespräch mit ihren Händlern führen“. Es ist zu diesem Zeitpunkt unklar, welches zusätzliche Wissen Händler haben werden, um Kunden bei kaltem Wetter zu helfen.

Versionen mit erweiterter Reichweite kosten Zehntausende mehr als Standardversionen. Nehmen Sie zum Beispiel den Ford F-150 Lightning, XLT-Ausstattung. Das Modell mit Standardreichweite hat 230 Meilen und beginnt bei 63.474 $. Die erweiterte Reichweite beträgt 320 Meilen und beginnt bei 80.974 US-Dollar. Bei kaltem Wetter kann es regelmäßig nur 192 Meilen erreichen, um die 40%ige Reichweitenreduktionsschätzung von AAA zu verwenden. Dies drängt die Käufer effektiv dazu, das zusätzliche Geld für eine größere Reichweite heute auszugeben, bevor LFP-Batterien in den Mix kommen.

Ford weiß, dass LFP-Batterien bei Kälte schlecht abschneiden, macht sich aber aufgrund der aktuellen Daten keine Sorgen darüber, dass dies das Kundenerlebnis beeinträchtigt.

„Fünfundneunzig Prozent der Mach-E-Kunden beginnen ihre Fahrten bei Umgebungstemperaturen über dem Gefrierpunkt“, sagt Ooms, der den Standort der befragten Fahrer nicht nannte. „Und obwohl wir noch kein ganzes Jahr an Daten haben, wissen wir, dass 89 % der Lightning-Kunden ihre Fahrten bei Temperaturen über dem Gefrierpunkt beginnen. In diesem Wissen werden LFP-Batterien mit Standardreichweite und regelmäßiger Aufladung zu 100 % attraktiv sein Option für viele Kunden von Ford EV.”

Ford Mustang Mach-E (Bildnachweis: Ford)

Es gibt ein weiteres Problem mit LFP-Batterien: verringerte Zugkraft von Pickups. “Für einen F-150 Lightning-Kunden [who] oft abgeschleppt oder geschleppt werden, passen NCM-Batterien hervorragend … weil diese Kunden die Leistung und die größere Reichweite schätzen, die durch NCMs ermöglicht werden”, sagt Ooms.

Sobald Ford LFP-Batterien einführt, werden nur die teureren Pickups mit erweiterter Reichweite die grundlegenden Fähigkeiten erreichen, die Kunden erwarten, die von gasbetriebenen Lastwagen umsteigen.

Endlose Vor- und Nachteile

LFP-Batterien bieten einzigartige Vorteile, wie das Fehlen von Kobalt, das in die Kritik geraten ist unmenschlicher Bergbau(Öffnet in einem neuen Fenster) Bedingungen in der Demokratischen Republik Kongo. Aufgrund ihrer chemischen Eigenschaften ist es auch weniger wahrscheinlich, dass sie Feuer fangen.

Aber sie sind schwerer. Aufgrund der geringeren Energiedichte braucht es eine größere Batterie, um die vom Kunden erwartete Reichweite zu erreichen. Das Hinzufügen von mehr ultraschweren Fahrzeugen auf der Straße wird das Risiko tödlicher Unfälle erhöhen, warnt das National Transportation Safety Board (NTSB).

LFP-Batterien sind auch weniger recyclingfreundlich als NCM. „NCM ist nur deshalb teurer, weil es teurere Rohstoffe verwendet, insbesondere Nickel“, sagt Yushin. “Wenn Sie NCM recyceln, können Sie fast alle Wertstoffe und alle Metalle zurückerhalten, also hat das einen erheblichen wirtschaftlichen Wert. Im Gegensatz dazu ist Eisen sehr billig.”

Dies macht es für Recycler schwieriger, aus dem Weiterverkauf der Rohstoffe Gewinne zu erzielen, sodass es wenig Anreiz gibt, eine Recyclingindustrie für LFP zu schaffen. Daher besteht ein Bedarf für mehr Abbau und Import neuer ausländischer Materialien.

Beide Batterietypen betreffen unterschiedliche Kunden aus unterschiedlichen Gründen. Aber während die EV-Industrie zu zwei unterschiedlichen Chemien heranreift, schulden Autohersteller und die EPA den Verbrauchern konkretere Informationen über die Kompromisse und was sie von ihrem Fahrzeug erwarten können.