2023年、新エネルギー車とエネルギー貯蔵用リチウム電池の1.18つの下流産業の需要増加により、中国のリン酸鉄リチウム生産能力は2022年2023月に2.47万トン、110年XNUMX月にはXNUMX万トンとなり、前年比で増加した。 XNUMX%。
リン酸鉄リチウム電池の需要と供給は市場で変化し続けており、lifepo4 電池は徐々に注目と応用が広がっています。それでは、何が原因なのかを掘り下げてみましょう LiFePO4バッテリー 幅広い用途に最適な選択肢です。
LFP(LiFePO4)バッテリーの紹介
リン酸鉄リチウム電池は、LiFePO4電池またはLFP電池とも呼ばれます。通常、電池の名称は正極材料に基づいて付けられ、負極材料には一般的にグラファイト負極が用いられます。例えば、三元電池はNCMまたはNCAと呼ばれる正極材料を指します。コバルトリチウム電池は、正極材料としてコバルト酸リチウムが用いられます。同様に、リン酸鉄リチウムは、正極材料としてリン酸鉄リチウムが用いられることを指します。
この表は、LiFePO4 バッテリーセルの仕様を示しています。
| セル仕様 | LiFePO4バッテリー |
| 公称電圧(v/セル) | 3.2V |
| 動作電圧(v/セル) | 3.0-3.3V |
| エネルギー密度（WH/kg） | 175 Wh / kg |
| 充電Cレート範囲(C) | 0.5 ～ 1.5C 1C 標準 |
| 放電Cレート(C) | 2-10C |
| 最低放電電圧 | 2.5V |
| 最大充電電圧 | 3.65V |
| サイクル寿命(1C) | ≥ 2000 (現実的な状況による) |
| 使用温度範囲 | -50～60℃ |
| 熱暴走温度 | ≥500℃ |
LiFePO4電池は、LiFePO4のオリビン構造を電池の正極として、アルミホイルで電池の正極に接続します。中央はポリマーダイヤフラムで、正極と負極を分離します。ただし、Li +は自由に移動できますが、電子e-は移動できません。電池の負極は右側にあり、炭素で構成されています（黒鉛）は銅箔で電池の負極に接続されています。電池の電解液は、金属製のシェルで密閉されており、 CNC 精度が高く、上端と下端の間に位置しています。
LiFePO4 バッテリーの充電中、正極内のリチウムイオン Li+ はポリマー隔膜を通って負極に移動します。放電中、リチウムイオン Li+ は隔膜を介して負極から正極に移動します。一般に、LiFePO4 バッテリーの公称電圧は 3.2V、充電終了電圧は 3.6V、カットオフ電圧は 2.0V です。
LiFePO4 バッテリーは、2000C の充放電レートで 1 回のライフサイクルを持ちます。さらに、穿刺テストは爆発せず、過充電は燃えたり爆発したりするのは簡単ではありません。安全性能とサイクル寿命の点で大きなメリットがあります。 LFP 正極材料により、高容量リチウム電池の並列および直列接続が容易になります。材料の原理から、リン酸鉄リチウムも一種の埋め込み、埋め込み解除プロセスであり、この原理はLiCoO2、LiMn2O4と同じです。
LiFePO4 バッテリーにはどのような種類がありますか?
LiFePO4 バッテリーのタイプはコアのパッケージに応じてさまざまな表現方法があり、コアは主に円筒形、ソフトパック、角形の XNUMX 種類に分けられます。
円筒形LiFePO4電池タイプ
円筒形電池の一般的なモデル A、AA、AAA、C、D、F など、円筒形 LiFePO4 電池モデルが最も一般的です。一方、最も広く使用されている仕様は 18650 モデル、バッテリー表現形式: ICR18650、3.2V、2800mAh です。 18650 はバッテリーの外形サイズを表します。18 はバッテリーの直径 18.0 mm を指し、650 はバッテリーの高さ 65.0 mm を指します。メーカーの生産プロセスのレベルとモードの違いにより、サイズには一定のギャップが存在することが許容されます。ギャップは±0.02mmです。
ポーチソフトLiFePO4バッテリータイプ
パウチLFPバッテリーは、三角形、四角形、円形、曲面など、より幅広い外観の形をしています。したがって、ポーチLFPバッテリーモデルは複雑で多様であり、メーカーごとにモデル仕様が異なるため、このタイプのバッテリーはほとんどがカスタマイズされたセルバッテリーです。しかし、その公称電圧も3.2Vですが、これはリン酸鉄リチウム電池の材料特性による決定です。
角形LiFePO4電池タイプ
プリズムの LiFePO4バッテリー 主に新エネルギー車のバッテリーやエネルギー貯蔵バッテリーパックに使用されます。バッテリーの型番は、60Ah、3.2V、30-135-220mm、70Ah、3.2V、30-135-222mmのように、厚さ、幅、長さで表されます。それらは同じ厚さ 30 mm、幅 135 mm を表しますが、長さはそれぞれ 220 mm と 222 mm と異なります。角形 LiFePO4 バッテリー モデルの公称電圧は 3.2V ですが、サイズと容量が異なる場合があります。
LiFePO4 バッテリーの各タイプには、それぞれ利点と考慮事項があります。円筒形電池は多用途性と入手しやすさで人気があり、角形電池はエネルギー密度が高く、パウチ電池は設計の柔軟性が得られます。バッテリーの種類の選択は、特定の用途、サイズ制限、および電力要件によって異なります。
LiFePO4 バッテリーの長所と短所は何ですか?
リン酸鉄リチウム (LiFePO4) 電池の主な利点は次のとおりです。
高い安全性能
LiFePO4の結晶構造中のPO結合は安定しており、分解しにくいため、高温や過充電条件下でも構造崩壊を起こしたり、コバルト酸リチウム電池のような高酸化性物質を生成したりしません。LiFePO4の分解温度は約600℃であり、優れた安全性能に貢献しています。
長寿命
鉛蓄電池のサイクル寿命は通常約 300 サイクル、最大約 500 サイクルです。対照的に、LiFePO4 バッテリーは、標準充電 (2000C、0.2 時間) を使用した場合、5 サイクルを超えるサイクル寿命を達成できます。同じ条件下では、LiFePO4 バッテリーの理論上の寿命は 7 ～ 8 年ですが、同じ重量の鉛蓄電池は通常 1 ～ 1.5 年しか寿命がありません。すべての要素を考慮すると、LiFePO4 バッテリーの性能と価格の比率は、理論的には鉛酸バッテリーの XNUMX 倍以上です。
高温耐性
LiFePO4 バッテリーは動作温度範囲が広く (-20°C ～ +75°C)、優れた耐高温性を発揮します。LiFePO4 バッテリーの熱ピークは 350°C ～ 500°C に達しますが、LiMn2O4 バッテリーと LiCoO2 バッテリーは 200°C 程度にしか達しません。
大容量
LiFePO4 バッテリーは、鉛蓄電池などの通常のバッテリーに比べて容量が大きくなります。鉛酸バッテリーのエネルギー密度は約 40 Wh/kg ですが、市場の主流の LiFePO4 バッテリーは 90 Wh/kg 以上のエネルギー密度を達成しています。
記憶効果がない
LiFePO4 バッテリーには、ほとんどのリチウムイオンバッテリーと同様、メモリー効果がありません。最初に完全に放電する必要がなく、どの充電状態でも再充電して使用できます。充電式バッテリーは、完全に放電せずに頻繁に使用すると、メモリー効果として知られる容量の低下が発生することがよくあります。
軽量
同じ容量の LiFePO4 バッテリーの体積は鉛酸バッテリーの XNUMX 分の XNUMX、重量は鉛酸バッテリーの XNUMX 分の XNUMX です。ただし、そのエネルギー密度は鉛蓄電池の数倍です。
環境にやさしいです
LiFePO4 バッテリーは一般に、重金属やレアメタルを含まず、無毒 (SGS 認定)、無公害で、欧州の RoHS 規制に準拠していると考えられています。これらはグリーンで環境に優しいバッテリーと考えられています。リチウム電池の環境への優しさは、リチウム電池が業界で好まれる主な理由の XNUMX つです。
LiFePO4バッテリーの欠点
鉄元素の脅威: LiFePO4 の製造における焼結プロセス中に、高温の還元雰囲気下で酸化鉄が元素の鉄に還元される可能性があります。鉄単体はバッテリーの微小ショートを引き起こす可能性があり、バッテリーシステムにおいて最も望ましくない物質です。これが、日本がこの材料を動力型リチウムイオン電池の主な正極材料として採用していない主な理由でもある。
パフォーマンスの欠陥: LiFePO4 には、非常に低いタップ密度や圧縮密度など、いくつかの性能上の欠点があり、その結果、バッテリーのエネルギー密度が低くなります。また、低温での性能も悪く、ナノサイジングやカーボンコーティングを施しても、この問題は未解決のままです。 LiFePO4 バッテリーのテスト結果は、0°C 未満の温度では電気自動車に電力を供給できないことを示しています。一部のメーカーは、LiFePO4 バッテリーは低温でも良好な容量保持を有すると主張していますが、これは低い放電電流と非常に低い放電カットオフ電圧の条件下でのみ当てはまります。このような状況では、デバイスは機能を開始することさえできません。
一貫性が低い: 材料の準備からでも、製造からでも。製品の一貫性を確保することが難しく、リン酸鉄リチウムの電圧プラットフォームは狭いため、電池の観察が困難になります。
LiFePO4 電池の用途は何ですか?
LiFePO4 バッテリーは、太陽光発電および再生可能エネルギー産業におけるエネルギー貯蔵システム (ESS) として最も人気のある選択肢となっています。それらは安全で効率的であり、超長寿命であることで知られています。電圧 12V、24V、および 48V のさまざまなバッテリー パックが、従来の鉛蓄電池の代替品として一般的に使用されています。
小型太陽光発電システムの場合、 CM Batteries 4V/12V 24Ahまたは200V48Ah以上のオプションなどのLiFePO300バッテリーが推奨されます。 CM Batteries 12.8Vバッテリー は、オリジナルの鉛蓄電池と同じサイズのケースを直接交換してアップグレードできるため、良い例です。
モジュール式 LiFePO4 バッテリーは、電気自動車、再生可能エネルギー貯蔵、無停電電源装置 (UPS)、ポータブル電子機器などのさまざまな用途で一般的に使用されています。モジュール式リン酸鉄リチウム電池は直並列電池パックであり、BMS の改良により安定性も向上しています。
住宅用太陽光発電システムでは、「パワーウォール」タイプのLiFePO4バッテリーが、その美的魅力と室内装飾に適合する能力により人気があります。
停電が頻繁に発生する地域では、鉛蓄電池に比べてサイクル寿命が長い LiFePO4 バッテリが UPS システムに適しています。ただし、まれに停電が発生する地域では、鉛蓄電池の方が費用対効果が高い場合があります。
ゴルフカート、低速車両、電気自動車、CCTVおよびセキュリティシステムなど ソーラーカメラRV、キャンピングカー、キャラバン、ボート、海洋用途では、軽量、高性能、サイクル寿命の延長により、LiFePO4 バッテリーが好まれています。
全体として、LiFePO4 バッテリーは、その多くの利点と技術の進歩により、さまざまな産業や用途でますます使用されています。
LiFePO4 バッテリー パックを充電するにはどうすればよいですか?
LiFePO4 バッテリーの適切な充電は、鉛酸バッテリーの充電と似ています。充電プロセスは、定電流 (CC) 充電、定電圧 (CV) 充電、トリクル充電の XNUMX つの段階に分けることができます。
定電流 (CC) ステージ
定電流 (CC) 充電ステージでは、一定の充電電流が適用され、14.6 V などの最大電圧に達するまで電圧が継続的に増加します。
定電圧 (CV) ステージ
定電圧 (CV) 充電ステージでは、充電電流が 0.05C 以下までゆっくりと減少する間、電圧は一定に保たれます。
トリクル（フロート）充電
フロート充電としても知られるトリクル充電は、LiFePO4 バッテリーには必要ありません。鉛酸バッテリーとは異なり、LiFePO4 バッテリーはサルフェーションを避けるために 100% まで充電する必要はありません。 LiFePO4 バッテリーを過充電すると、リチウムイオンが過剰に蓄積され、電子が逃げ出す可能性があります。 LiFePO4 バッテリーの推奨充放電サイクルは 10% ～ 90% です。
推奨充電パラメータ
LiFePO4 バッテリーの充電電圧は、14.0℃で 14.6V ～ 25V、またはセルあたり 3.50V ～ 3.65V である必要があります。最適な充電電圧はセルあたり 14.4V または 3.60V です。セルあたり 3.65 V を超えて充電すると、容量がわずかに低下する可能性がありますが、サイクル数は増加します。バッテリー電圧が推奨範囲を超えた場合は、充電を直ちに停止する必要があります。 LiFePO4 バッテリーはフロート充電を必要としません。充電器にフロート電圧設定がある場合は、バッテリーへの充電影響を防ぐために 13.6V に設定することをお勧めします。
LiFePO4 バッテリーは、0°C ～ 55°C の温度範囲で充電します。 0℃以下で充電するとリチウムイオンが結晶化し、実効容量が低下することがあります。ただし、一部の低温 LiFePO4 バッテリーには、-10°C 程度の温度でも充電できる自己修復メカニズムが組み込まれています。このような場合、バッテリー管理システム (BMS) がバッテリーの内部加熱を制御します。
前 LiFePO4電池を直列に接続する、高い一貫性を確保するには、すべてのバッテリーを完全に充電することが重要です。これにより、50 つのバッテリーが他のバッテリーよりも先に高電圧または低電圧レベルに達し、エネルギーの不均衡が生じるのを防ぐことができます。バッテリー電圧を定期的にチェックし、電圧差を XNUMX 以内に維持すると、バッテリーの寿命を延ばすことができます。電圧差が大きい場合には、バッテリーバランサーも検討できます。
リチウムイオン BMS は LiFePO4 バッテリーに使用できますか?
答えは明確に「NO」です。リチウムイオン電池管理システム (BMS) は、LiFePO4 (リン酸鉄リチウム) 電池と直接併用することはできません。 LiFePO4 バッテリーは、コバルト酸リチウム (LiCoO2) やマンガン酸化リチウム (LiMn2O4) など、他のタイプのリチウムイオンバッテリーとは特性や充電の必要性が異なります。
LiFePO4バッテリー 他のリチウムイオン化学物質と比較して、電圧範囲と充放電特性が異なります。通常、リチウムイオン電池の高電圧プラットフォーム (セルあたり約 3.2 ～ 3.3 V) と比較して、低電圧プラットフォーム (セルあたり約 3.6 ～ 3.7 V) を備えています。さらに、LiFePO4 バッテリーは化学的性質がより安定しており、熱暴走のリスクが低く、サイクル寿命が長くなります。
LiFePO4 バッテリーを安全かつ最適に動作させるには、常に LiFePO4 化学特性専用に設計された専用 BMS を使用してください。
主な BMS 要件は次のとおりです。
- 細胞バランスの維持
- LiFePO4仕様に合わせて電圧閾値をプログラミング
- バッテリーの安全性のための充電/放電率の校正
- リアルタイム温度監視
他のリチウムイオン化学反応用に設計されたリチウムイオン BMS を LiFePO4 バッテリーとともに使用すると、不正確なモニタリング、不適切な充電、および潜在的な安全上のリスクが発生する可能性があります。したがって、バッテリーの最適な性能、安全性、寿命を確保するには、LiFePO4 バッテリー用に特別に設計された BMS を使用することが重要です。
LiFePO4 電池と他のリチウムイオン電池の比較
充電式リチウムイオン電池にはさまざまな種類があります。 Li-Po（リチウムポリマー）, リチウムイオン（リチウムイオン）、LiFePO4（リン酸鉄リチウム）があり、それぞれに特徴があります。以下の表のとおりです。
| 機能 | Li-Po | リチウムイオン（Li-ion） | LiFePO4 |
| 化学 | 高分子電解質 | 液体電解質 | リン酸鉄リチウム正極 |
| エネルギー密度 | 最高 | M | 最低 |
| 安全性 | 安全性が低い | 適度に安全 | 最も安全な |
| サイクル寿命 | 穏健派 | M | 最高 |
| 費用 | 最低 | M | 最高 |
| 一般的な使用方法 | ドローン、RCカー | ノートパソコン、スマートフォン、電動工具 | 電気自動車、再生可能エネルギー貯蔵 |
LiFePO4 バッテリーは、最も安全で耐久性に優れたリチウムイオン化学特性を備えていますが、エネルギー密度が低く、コストが高いため、一部の用途には制限があります。
LiFePO4バッテリーは、その優れた安全性、長寿命、信頼性の高い性能により、バッテリー業界に革命をもたらしています。その適応性により、幅広い用途に適しています。LiFePO4バッテリーの独自の特性、充電要件、利点を理解するには、 お問い合わせ のガイドをご参照ください。
