Quelli che stanno spingendo le batterie LFP

Dai taxi privati DiDi D1 alle Tesla Model 3 Made In Shanghai in tanti hanno contribuito a moltiplicare per sei la quota di mercato di questo tipo di batteria nel secondo semestre 2020

La società di consulenza Adamas Intelligence ha pubblicato il suo report semestrale sulle batterie, e il resoconto contiene un aggiornamento interessate sulla suddivisione del mercato più recente. Nel secondo semestre del 2020 infatti la crescita delle consegne di batterie LFP al ferro fosfato è cresciuta di sei volte rispetto allo stesso periodo del 2019, molto più di quanto non sia avvenuto per celle più quotate come le NMC usate da molte case europee e le NCA predilette da Tesla.

Si tratta di una suddivisione che si riferisce ai catodi (gli elettrodi positivi) delle celle: nel primo caso a più basso voltaggio e minore densità di energia e quindi capacità, nel secondo strati di materiali che assicurano un voltaggio più elevato e maggiore densità di energia.

Caratteristiche che si riverberano nel metro di paragone dell’industria di settore, che è il rapporto $/kWh richiesto dallo stoccaggio di energia in una cella. Le celle LFP secondo taluni addetti ai lavori sono definibili power cell, le seconde energy cell: ovvero ci si affida più volentieri a una NCA o NMC per una vettura a cui si vuol far affrontare lo 0-100 km/h in 3″, viceversa ad una cella LFP se si deve vendere un taxi il cui autista vorrà ricaricare senza difficoltà anche 2.000 volte le batterie del suo veicolo.

Secondo Adamas Intelligence il mercato delle celle LFP ha recuperato posizioni salendo al quinto posto come quota nelle batterie dei veicoli elettrici nel secondo semestre 2020, con la categoria NMC 622 al primo posto seguita dalle NMC 523, dalle NCA ed NMC 811. Il cambio di passo ha e avrà ampie ripercussioni, a partire dalle materie prime necessarie per un tipo o un altro di batteria.

Nel secondo semestre dell’anno scorso la quantità media di LCE (carbonato di litio equivalente) di un’auto elettrica è salita del 24% da 13,1 kg a 16,2 kg, in questo caso perché si tratta di una materia prima condivisa dai due tipi di alternative. Invece il nichel ha avuto differenze geografiche nei consumi del periodo: in Asia, dove sono cresciute le vendite di batterie LFP (che non lo usano), la necessità della materia prima è calata dal 47% al 41% del totale globale; in Europa è successo l’inverso: con una crescita del nichel finito nelle auto elettriche ivi prodotte dal 27% del secondo semestre al 38% del semestre 2020 corrispondente semestre.

Le batterie LFP, che fino a pochi mesi fa erano ancora viste principalmente come una soluzione a basso costo adatta solo al mercato cinese e per settori di nicchia come gli autobus, grazie all’impegno e al rinnovamento intrapreso dai produttori CATL e BYD hanno sfruttato bene le loro carte, potendo contare su quattro fattori a loro favore.

Il primo è relativo ai materiali: nichel e cobalto sono costosi, molto più del ferro o anche del litio che costituiscono la maggior parte della materia prima di una cella LFP; se i segnali attuali di ripresa globale delle commodities saranno confermati questo aspetto crescerà ancora in rilevanza.

In secondo luogo il basso voltaggio delle celle LFP rispetto alle concorrenti minimizza i fenomeni di ossidazione dell’elettrolita rispetto a quanto avviene in NMC e NCA; questo influenza la vita media della cella e la sua progettazione, visto che avrà meno bisogno di un raffreddamento accurato per assicurarne il buon rendimento.

Il terzo aspetto è collegato al precedente: perché la struttura dei materiali e la minore resistenza interna tendono a rendere la cella LFP più refrattaria ai fenomeni di surriscaldamento che conducono a thermal runaway, rendendola intrinsecamente più sicura.

Il quarto aspetto è di progettazione e connesso al terzo: CATL con l’architettura cell-to-pack e BYD con la Blade Battery hanno fatto leva sulla sicurezza intrinseca della cella LFP per eliminare una parte della struttura del pacco batteria convenzionale, i moduli. Questi ultimi sono indispensabili come strato ulteriore di sicurezza per le celle a base nichel, manganese e cobalto, ma molto meno per il catodo LFP, che è anche poco soggetto a rischi in caso di perforazioni dovute a incidenti gravi che intacchino la struttura del pianale di un’auto.

Infine il quarto aspetto: mescolando qualità di progettazione e di sicurezza intrinseca BYD e CATL possono ora offrire pacchi batteria LFP con densità migliore di quella del passato. La densità della cella è cambiata, ma all’interno della scatola della batteria lo spazio occupato dai moduli e da impianti di raffreddamento complessi viene recuperato, riducendo a livello pacco batteria il sostanziale gap tra le due alternative che esiste al livello di singola cella quanto a valori di densità gravimetrica e volumetrica.

E questo senza avere ancora affrontato il fattore costo. Come ha commentato un dirigente della società di consulenza coreana SNE Research interpellato al riguardo dal Korea Herald: “se un’auto elettrica con batterie LFP può dimostrare l’80% delle prestazioni di Hyundai Kona EV spinta da batterie NMC ma ha un prezzo ridotto del 40% può certamente avere una chance”.

Da notare che l’affermazione era precedente al richiamo di circa 80.000 veicoli coreani per problemi alle celle con chimica NMC, più sofisticata e di maggior densità di energia rispetto alle LFP ma soggette a rischi di thermal runaway come i richiami hanno dimostrato.

Le batterie ferro-fosfato sono spesso ancora viste come soluzione entry-level per veicoli di segmenti A o B o di mercati di paesi emergenti, là dove il costo è particolarmente un fattore. Un esempio interessante è quello della nascente nicchia delle auto ad elevato utilizzo, come il ride hailing. BYD e Didi Chuxing, la società un tempo nota come la Uber cinese ma che sa anni ormai ha superato la rivale americana, hanno già creato una piccola vettura elettrica da città pensata specificamente per le esigenze di autisti di taxi privati e loro passeggeri.

Il progetto delle D1, come sono state battezzate e che la fabbrica della joint venture costruisce a Changsha ormai in quasi 400 pezzi al giorno, è incentrato sulla Blade Battery, quindi una batteria con chimica LFP e priva di moduli ad assemblare le celle, in grado di accompagnare il veicolo fino a 418 chilometri (misurati però con l’obsoleto standard NEDC). Ma il taxista ha anche l’ancora di salvezza della ricarica rapida: questo tipo di cella non soffre conseguenze, come la formazione di dendriti, se sottoposta a ricariche ultra-rapide di 10/15 minuti.

Su una vettura di poche pretese come la D1 la batteria LFP si accontenta di autonomia limitata. Su una più ambiziosa come la BYD Han EV, di crescente gradimento in patria o la Tesla Model 3 Made in Shanghai dotata di questo tipo di celle prodotte da CATL la maggiore capacità assicura un miglior margine di sicurezza per distanze più accettabili.

Anche se non sono mancate le sorprese, ad esempio in Nord Europa con problematiche legate all’inverno rigido, che invece le Tesla con celle LFP non hanno gradito con calo di autonomia e debolezze dimostrate nelle ricariche (un problema noto in Cina da quando i primi autobus elettrici con questo tipo di batterie sono comparsi).

Malgrado questo aspetto negativo, il resto dei fattori a favore delle semplici celle LFP sta cominciando a scuotere alcuni grandi produttori di batterie. Inclusa la coreana LG Energy Solution, che condivide con Hyundai le problematiche del grande richiamo che inizierà il prossimo 29 marzo. Contando sulle possibilità di queste batterie in nicchie del mercato e in mercati emergenti, specie nei molti paesi caldi dell’Asia, l’azienda ha confermato lo scorso gennaio che sta sviluppando la propria linea di celle LFP.

Da parte sua CATL all’interno di un piano di ampliamento di investimenti per aumentare la capacità produttiva globale ha incluso $280 milioni che serviranno a un nuovo impianto in grado di realizzare altri materiali per batterie con catodi LFP. Il gruppo, che ha avuto nel 2020 una capacità produttiva globale di 109 GWh, punterà a portarla a 336 GWh nel 2023 e 500 GWh nel 2025, ma non ha finora fornito una scomposizione precisa della gamma di celle tra i vari segmenti.

Credito foto di apertura: sito web Didi Global