Was sind Lithium-Eisenphosphat-Akkus?

Derzeit ist immer wieder die Rede von sogenannten LFP oder LEP-Akkus. Genauer gesagt steht die Abkürzung für „Lithium-Eisenphosphat“-Akkus, die vor allem außerhalb der Elektromobilität – beispielsweise in der Solarenergiebranche – stattfinden. Allerdings setzt jetzt auch Tesla den LFP-Akku in einer neuen chinesischen Version des Tesla Model 3 ein. Was ist ein LFP-Akku aber genau? Und worin liegen die Vorteile, Chancen oder auch Nachteile? Wir gehen dem etwas genauer auf den Grund.

Was ist ein LFP-Akku?

LFP – oder auch LEP-Akkus sind die englische, bzw. deutsche Abkürzung für Lithium-Eisenphosphat-Akkus. Sie gehören zum Oberbegriff des Lithium-Ionen Akkus, bestehen an der positiven Elektrode allerdings aus Eisenphosphat, anstatt beispielsweise die klassischen Akkus mit Cobalt. Der Eisenphosphat-Akku ist aktuell in vielerlei Munde, da er bei der in China produzierten Version des Tesla Model 3 zum Einsatz kommt. Diese Fahrzeuge werden in der sogenannten Model 3 SR+ Version, was für Standard Range Plus steht, zur Zeit nach Deutschland exportiert. Nicht umsonst wird sich derzeit die Frage gestellt, was es damit nun auf sich hat, welche Vorteile der LEP-Akku bietet und ob in Zukunft wohl alle Elektroautos mit dieser Art von Akku ausgestattet werden.

Dabei ist der Lithium-Eisenphosphat-Akku nicht neu. Die Zelle wurde schon seit Ende der 1990er-Jahre entwickelt, schaffte allerdings nie den großen Durchbruch, da hier die Energiedichte im Vergleich zum herkömmlichen Lithium-Ionen-Akku deutlich geringer ist. Hierin liegt auch ein wesentlicher Unterschied im Vergleich zum herkömmlichen Lithium-Ionen-Akku.

Die technischen Eckdaten rund um den LFP-Akku, sowie ein paar weitere Details werden im nachfolgenden Video nochmals kurz und knapp auf den Punkt gebracht:

Was sind die Unterschiede zwischen LEP-Akku und herkömmlichen Lithium-Ionen-Akku?

Wie bereits erwähnt, liegt der hauptsächliche Unterschied darin, dass bei einem LFP-Akku sogenanntes „Eisenphosphat“ verwendet wird. Dies hat allerdings eine geringere Energiedichte zur Folge, wodurch die Akkus für die gleiche Leistung größer sein müssen. Es wird mehr Platz benötigt und die Akkus sind dementsprechend etwas schwerer.

Während die Energiedichte bei einem klassischen Lithium-Ionen-Akku bei 180 Wh/kg liegt, verfügt diese bei einem Lithium-Eisenphosphat-Akku gerade mal ca. 90-110 Wh/kg. Das klingt natürlich erst einmal nicht gerade vorteilhaft.

Die nominale Spannung von Eisenphosphatzellen liegt bei 3,2-3,3 Volt, die Ladeschlussspannung bei 3,65 Volt. Das durchschnittliche Entladelimit wird mit 2-2,5 Volt angegeben.

Trotzdem bietet der LFP-Akku mehr Vorteile als Nachteile. Zu nennen sind hier die hohen Lade- und Entladezyklen (bis zu 10.000) die der Lithium-Eisenphosphat-Akku aushält – das wirkt sich wiederum positiv auf die Langlebigkeit des Akkus aus. LEP-Akkus sind damit weniger anfällig für Verschleiß in Sachen Akkuleistung. Ebenso wird eine Tiefentladung besser weggesteckt. LFP-Akkus sind sicherer und stabiler bei den Ladevorgängen.

Ein weiterer Unterschied und großer Vorteil ist, dass LFP-Akkus nicht direkt explodieren können – wie das bei herkömmlichen Lithium-Ionen-Akkus der Fall ist. Hierzu gibt es einige Tests von Herstellern, die die Akkus während des Betriebs mit spitzen Gegenständen „beschossen“ haben. Während bei herkömmlichen Lithium-Ionen-Akkus eine Explosion und große Hitze-Entwicklungen von bis über 700 Grad Celsius die Folge waren, sorgte der Beschuss von LFP-Akkus lediglich für eine Auslaufen von Flüssigkeiten und eine Hitzentwicklung von gerade mal 130-140 Grad.

Dies ist im Gegensatz bei der Lithium-Ionen-Zelle noch bei weitem keine kritische Hitze, um auf andere Zellen überzugreifen, da der Separator in der Zelle erst bei ca. 250 Grad schmilzt.

Folgendes Video bietet dazu ab Minute 5:53 einen guten Vergleich:

Dennoch handelt es sich bei einem Lithium-Eisenphosphat-Akku ebenso um Gefahrengut, da nach wie vor brennbares Elektrolyt zur Anwendung kommt.

Die Vorteile von LFP-Akkus im Überblick

Die Vorteile von LFP- bzw. LEP-Akkus haben wir hier nochmals übersichtlich zusammengefasst:

• Eisenphosphat-Akkus sind billiger
• Hohe Lade- und Entladezyklen
• Hohe Ladeströme möglich
• Sind sicherer und brennen, bzw. explodieren nicht bei Beschädigung
• Keine Rohstoffe wie Cadmium, Nickel oder Cobalt
• LFP-Akkus sind zu 100% recyclebar
• Aus alten Akkus werden neue gebaut
• Temperaturbereiche für den Betrieb sind größer. Bei sehr kalten und sehr warmen Temperaturen hat der LFP-Akku keine Start- und Ladeprobleme.
• Für LFP Akkus ist es weniger schädlich, wenn diese auf 100% aufgeladen werden und dieser Zustand über längere Zeit bestehen bleibt. Tesla empfiehlt dies sogar für seine chinesische Model 3 SR+ Version

Nachteile der LFP-Akkus

Wie bereits erwähnt, bringt die Lithium-Eisenphosphat-Zelle auch ein paar Nachteile mit sich.

• Die LFP-Akkus sind deutlich schwerer und größer
• Geringere Energiedichte zwischen 90 und 110 Wh/Kg im Gegensatz zu Lithium-Ionen-Akkus mit 180 Wh/kg
• Zudem wird den LFP Akkus eine geringere Ladeleistung bei Kälte nachgesagt

LFP-Akkus im Einsatz beim Tesla Model 3

Dennoch kommen LFP Akkus derzeit bei neuen Tesla Model 3 Modellen aus China zum Einsatz. Die Energiedichte ist zwar gegenüber herkömmlichen Lithium-Ionen-Akkus kleiner, das wurde beim Model 3 aber durch die neue Bauweise kompensiert. Die neuen Model 3 Fahrzeuge sind nun rund 200kg schwerer als bisher, haben aber trotzdem eine Reichweite von ca. 440km WLTP.

Alle Vorteile – also die Robustheit des Akkus, die hohen Ladezyklen, lange Lebensdauer und die Beständigkeit bei großen Temperaturschwankungen – überwiegen klar die negativen Eigenschaften und haben die Nachteile der niedrigeren Energiedichte übertrumpft.