リン酸鉄リチウムとは何ですか?

リン酸鉄リチウム電池はリチウムイオン電池とは異なるというのはよくある誤解です。実はリチウムイオン電池にはさまざまな種類があり、リン酸鉄リチウムもそのうちのひとつにすぎません。

リン酸鉄リチウムとは正確には何なのか、特定のタイプのバッテリーに最適な理由、および他のリチウムイオンバッテリーオプションとの比較を見てみましょう。

リン酸鉄リチウムとは何ですか?

リン酸鉄リチウムは、LiFePO4 または略して「LFP」という化合物です。LFP は優れた電気化学的性能と低抵抗を備え、リチウムイオン電池に使用できる最も安全で安定した正極材料の 1 つです。

リン酸鉄リチウム電池とは何ですか?

リン酸鉄リチウム電池は、リチウムイオンを蓄えるための正極材料としてリン酸鉄リチウムを使用するリチウムイオン電池の一種です。LFP バッテリーは通常、負極材料としてグラファイトを使用します。LFP バッテリーの化学組成により、高い電流定格、優れた熱安定性、長いライフサイクルが実現します。

ほとんどのリン酸鉄リチウム電池には、4 つの電池セルが直列に接続されています。LFP バッテリーセルの公称電圧は 3.2 ボルトです。4 つの LFP バッテリー セルを直列に接続すると、多くの 12 ボルト鉛蓄電池の優れた代替オプションとなる 12 ボルト バッテリーが得られます。

リン酸鉄リチウム vs.代替リチウムイオンタイプ

リン酸鉄リチウムは、数多くあるリチウムイオン電池の 1 つにすぎません。正極の化合物を変えると、さまざまな種類のリチウムイオン電池が生まれます。最も一般的なオプションには、リチウム コバルト酸化物 (LCO)、リチウム マンガン酸化物 (LMO)、リチウム ニッケル コバルト アルミニウム酸化物 (NCA)、リチウム ニッケル マンガン コバルト酸化物 (NMC)、およびチタン酸リチウム (LTO) があります。

これらのバッテリーの種類にはそれぞれ、さまざまな長所と短所があり、さまざまな用途に適しています。これらの電池タイプの主な特性を見ると、リン酸鉄リチウム電池がどのような立場にあり、どの用途に最適であるかがわかります。

エネルギー密度

LFP バッテリーは、他のリチウムイオン タイプの中でも比電力定格が最も高いものの 1 つです。言い換えれば、比出力が高いということは、LFP バッテリーが過熱することなく大量の電流と電力を供給できることを意味します。

一方、LFP バッテリーの比エネルギー定格は最も低いものの 1 つであることに留意することが重要です。比エネルギーが低いということは、LFP バッテリーの重量あたりのエネルギー貯蔵容量が他のリチウムイオン オプションよりも小さいことを意味します。複数のバッテリを並列に接続することでバッテリ バンクの容量を増やすことができるため、これは通常は大した問題ではありません。これは、バッテリー電気自動車など、非常に軽い空間で極端なエネルギー密度が必要な用途には理想的ではない可能性があります。

バッテリーのライフサイクル

リン酸鉄リチウム電池の寿命は、完全放電サイクル約 2,000 回から始まり、放電の深さに応じて長くなります。Dragonfly Energy で使用されているセルと内部バッテリー管理システム (BMS) は、元のバッテリーの容量の 80% を維持しながら、5,000 回を超える完全放電サイクルでテストされています。

LFP はチタン酸リチウムに次ぐ寿命を誇ります。ただし、LTO バッテリーは伝統的に最も高価なリチウムイオン バッテリーのオプションであり、ほとんどのアプリケーションにとってコストが高すぎます。

吐出量

放電率はバッテリー容量の倍数で測定されます。つまり、100Ah バッテリーの 1C 放電率は連続 100A です。市販の LFP バッテリーは伝統的に 1C の連続放電定格を持っていますが、バッテリー管理システムによっては短期間でこれを超える可能性があります。

LFP セル自体は通常、短期間であれば 25C の放電を安全に提供できます。1C を超える能力により、消費電流に起動スパイクが発生する可能性のある高電力アプリケーションで LFP バッテリーを使用できます。

動作温度

LFP バッテリーは、摂氏 270 度付近まで熱暴走状態に陥りません。他の一般的なリチウムイオン バッテリー オプションと比較して、LFP バッテリーの動作温度制限は 2 番目に高いです。

リチウムイオン電池の温度制限を超えると損傷が発生し、次のような事故につながる可能性があります。熱暴走火災の原因となる可能性があります。LFP の高い動作限界により、熱暴走イベントの可能性が大幅に減少します。LFP は、これらの条件 (摂氏約 57 度) に達するかなり前にセルをシャットダウンする高品質 BMS と組み合わせることで、安全性に大きな利点をもたらします。

安全上の利点

LFP バッテリーは、すべてのリチウムイオン オプションの中で化学的性質が安定しているものの 1 つです。この安定性により、消費者向けアプリケーションと産業用アプリケーションの両方にとって最も安全な選択肢の 1 つとなります。

他の唯一の比較的安全な選択肢はチタン酸リチウムですが、これも通常はコストが高く、ほとんどの状況で 12V の代替品として正しい電圧で動作しません。

リン酸鉄リチウム vs.鉛蓄電池

リン酸鉄リチウム電池は、さまざまな機能を提供します。従来の鉛蓄電池に比べて優れた利点。最も注目すべき点は、LFP バッテリーのエネルギー密度が鉛酸バッテリーの約 4 倍であることです。LFP バッテリーは損傷することなく繰り返しディープサイクルできます。また、鉛蓄電池よりも早く充電できます。

この高いエネルギー密度により、稼働時間が長くなり、同時にバッテリー システムの重量が軽減されます。

鉛酸バッテリー内部の化学反応によりガスが発生するため、ユーザーはバッテリーの排気と定期的な水を補充する必要があります。電池を垂直に保管しないと、酸溶液が漏れて電池が損傷し、混乱が生じる可能性があります。また、LFP バッテリーはガスを排出しないため、ガス抜きや再充填の必要がありません。さらに良いことに、どの向きでも取り付けることができます。

LFP バッテリーは当初、鉛酸バッテリーよりも高価です。ただし、LFP バッテリーの寿命は長いため、初期費用の高さが相殺されます。ほとんどの場合、LFP バッテリーは鉛酸バッテリーよりも 5 ～ 10 倍長持ちし、全体的なコストを大幅に節約できます。

鉛蓄電池アプリケーションの代替に最適なリン酸鉄リチウム電池

さまざまなリチウムイオン電池が利用可能であり、特定の性能カテゴリではリン酸鉄リチウムを超えるものもあります。ただし、12 ボルト鉛蓄電池の交換に関しては、LFP が最良の選択肢です。

この主な理由は、リン酸鉄リチウムの公称セル電圧が 3.2 ボルトであるためです。12 ボルトの鉛蓄電池の公称電圧は約 12.7 ボルトです。したがって、バッテリー内で 4 つのセルを直列に配線すると、12.8 ボルト (4 x 3.2 = 12.8) が得られます。これはほぼ完璧な一致です。他のタイプのリチウムイオン電池ではこれは不可能です。

LFP は、ほぼ完璧な電圧一致以外にも、鉛酸代替品として他の利点も提供します。上で説明したように、LFP バッテリーは寿命が長く、安定していて、安全で、耐久性があり、軽量であり、エネルギー密度が高くなります。そのため、多くの用途に最適です。のようなものトローリングモーター、RV、ゴルフカートなど、従来鉛蓄電池に依存してきたアプリケーションがさらに増えています。

Dragonfly Energy と Battle Born Batteries は、入手可能な最高のリン酸鉄リチウム電池の一部を製造しています。これらは入手可能な最高品質の素材を使用して米国で誇りを持って設計され、組み立てられています。さらに、各バッテリーは厳密にテストされ、UL リストに登録されています。

各バッテリーには、統合されたバッテリーも含まれています。バッテリー管理システムバッテリーがあらゆる条件下で安全に動作することを保証します。Dragonfly Energy と Battle Born Battery には、数千個のバッテリーが設置されており、世界中のさまざまな用途で安全に動作しています。

今ならわかる

結論として、リン酸鉄リチウムは、入手可能なさまざまな種類のリチウムイオン電池のうちの 1 つにすぎません。ただし、LFP バッテリーを構成する一連のユニークな特性により、LFP バッテリーは過去の 12 ボルト鉛蓄電池に代わる素晴らしい代替品となります。