リン酸鉄リチウムイオンとは?

リン酸鉄リチウムイオンとは (分子式:LiFePO4, Lithium iron phosphate、またはLi-ion,略称LFP),リチウムイオン電池のカソード材料の一つ種類である。また、リチウム鉄電池とも言う。特徴はコバルトやその他の貴重な元素を含まないので原材料価格が低いことがいえる。なお、リンや鉄は地球上に資源として豊富に存在しており、供給上の問題がありません。動作電圧は3.2V, 単位重量当たりの電力容量が大きく(170mAh/g)、さらに放電電力が高く、高速充電が出来てサイクル寿命が長いことが特徴です。高温高熱の環境で安定性が高いことも優位点といえます。このリチウム電池の革新的な新素材はオリビン構造分類の一種です。鉱物学の学名はtriphyllite、ギリシャ語tri-とfylonから付けられました。鉱石の色は、グレー、ケナフグレー、茶色や黒です。(参照元:Wikipedia)

リチウムイオン二次電池(リチウムイオンにじでんち、lithium-ion rechargeable battery)は、正極と負極の間をリチウムイオンが移動することで充電や放電を行う二次電子リチウムである。正極、負極、電解質それぞれの材料は用途やメーカーによって様々であるが、代表的な構成は、正極にリチウム遷移金屬複合酸化物、負極に炭素材料、電解質に有機溶液などの非水電解質を用いる。単にリチウムイオン電池リチウムイオンバッテリーLi-ion電池LIBLiBとも言う。リチウムイオン二次電池という命名はソニーエナジー。テックによる。なお、似た名前の電池には以下のようなものがある。

·  リチウム電池は、負極に金屬リチウムを使う一次電池または二次電池。リチウムイオンが電気伝導を担うので定義的にはリチウムイオン電池の一種と言えるが、負極に金属リチウムを使うものはリチウムイオン電池と区別するのが一般である。

リチウムイオン電池は·(LiPo電池)は、リチウムイオン電池の一種で、電解質にゲル状のポリマー(高分子)を使う二次電池。

 

·リン酸鉄リチウム (LiFe電池)は、リチウムイオン電池の一種で、正極材料にリン酸鉄'リチウムを使う二次電池。

 

現在、リチウムイオン二次電池(LIB)は携帯電話、ノートパソコン、テジタルカメラ、ビテオ、携帯用音楽プレイヤーを始め幅広い電子・電気機器に搭載され、2010年にはLIB市場は1兆円規模に成長した。小型で軽量なLIBを搭載することで携帯用IT機器の利便性は大いに増大し、迅速で正確な情報伝達とそれにともなう安全性の向上・生産性の向上・生活の質的改善などに多大な貢献をしている。また、LIBは、エユカーと呼ばれる自動車(EV,HV,P-HV) などの交通機関の動力源として実用化が進んでおり、電力の平準化やスマートグリッドのための蓄電装置としても精力的に研究がなされている。電動工具や電気自動車、エアソフトカン、ラジコン等に使用される。

長所:

1.    エネルギー密度が高い。

o現在実用化されている二次電池の中で最もエネルギー密度が高い。

o重量エネルギー密度(100-243 Wh/kg)は、ニッケル水素電池(60-120 Wh/kg)の2倍、鉛蓄 電池(30-40 Wh/kg)の5倍であり、より軽くできる。

o体積エネルギー密度(250-676 Wh/L)は、ニッケル水素電池(140-300 Wh/L)の1.5倍、鉛蓄電池(60-75 Wh/L)の4-5倍であり、より小さくできる。

2.    4 V 級の高い電圧 。

oこれまでの二次電池は電解質の溶媒が水(水溶液)だったため 1.5 V 以上の電圧がかかると水素と酸素に電気分解してしまったが、有機溶媒を使用することで水の電気分解電圧以上の起電力を得ることができた。

o公称電圧(3.6-3.7 V)は、ニッケル水素電池(1.2 V)の3倍、鉛蓄電池(2.1 V)の1.5倍、乾電池(1.5 V)の2.5倍であり、高い電圧が必要な場合に直列につなぐ電池の使用本数を減らすことができるため、その分小さく軽くでき、機器設計上の利点となる。

3.    メモリー效果がない 。

o浅い充電と放電を繰り返すことで電池自体の容量が減ってしまう現象(メモリー効果)がないため、いつでも継ぎ足し充電ができる。ニッカドやニッケル水素電池では常にこれが起こる。

4.    自己放電が少ない 。

o使わずに放っておくと少しずつ自然に放電してしまう現象(自己放電)は月に 5% 程度で、ニッカド電池やニッケル水素電池の 1/5 と格段に良い。

5.    充電/放電効率が良い。 

o放電で得られた電気量と充電に要した電気量の比(充電/放電効率)は、80%-90% と比較的電気ロスが小さいため、電力貯蔵用途にも適している。

6.    寿命が長い 。

o500回以上の充放電サイクルに耐え、長期間使用することができる。適切に使えば1000回以上も可能。ただし近年は「500回」という数値は形骸化している。高容量化および出力電流が増加した現在ではJISのサイクルテストを受けると低い数値が出てしまうため、JISを受けず自称値を記載する製品が多い。

7.    高速充電が可能。 

o最近では 3C 充電が可能な製品も登場している。(一般的なタイプでは 1C 程度)

8.    大電流放電が可能 。

o大電流放電に適さないと考えられていたが、改良により克服してきている。産業用の大型のものでは数百Aの大電流で放電できる製品も登場している。

9.    使用温度範囲が広い 。

o一般的なタイプでは -20℃~60℃ という幅広い温度帯で安定して放電する(充電時は 0℃~45℃)。乾電池のように電解液に水溶液を使用しないため氷点下の環境でも使用できる。

10.  汎用性が高い 。

o全体的な性能のバランスが良い(欠点が少ない)ため携帯電話から自動車まで様々な用途に利用できる。容量や充電速度などどれか一つの性能だけならリチウムイオン電池よりも良い二次電池が研究報告されているが、他の性能も併せて良くなければここまで汎用的には普及しない。お互いに協力関係を確立したいと思います。台湾へようこそ、私たちに相談してください。。弊社の電池は貴社に合わせて進行したいですが、お互いに協力して進行して幸いと思います。

 

        

 電力の安定供給、省エネ、スマートグリッドの実現に向けて「蓄電」への期待は高まっています。なかでもコンパクトで高エネルギー密度を特長とするリチウムイオン電池は、蓄電の主力として、再生可能エネルギーの蓄電や非常用電源として導入が促進される一方で、電気自動車などの動力源としてCO2削減にも貢献しています。

リン酸鉄リチウムと鉛電池の比較表

電池種類 リン酸鉄リチウム電池  鉛蓄電池
英語名  LiFePO4  Pb-acid
製造の難易度 比較的難しい  簡単
平均動作電圧 3.3V  2V 
使用中の電圧変化 安定 徐々に低下
サイクル寿命 (電池容量の残り75%以上)  1C充放電で3000回以上(約10年)     150 ~ 300回(約1 ~ 2年) 
電力容量  放電C-rateの影響が小さい  放電C-rateの影響が大きい
 使用可能な電力容量(D.O.D)    99% 50% ~ 60%。自然放電率(毎月)が 1~1.5%。一年放置で、残量は80%以上。  30%(三ヶ月程度放置で電力はほぼ0) 
急速充電対応能力 1C~3Cの急速充電が出来ます。(最速20分で満充電可能)  0.2C(完全充電まで最速6時間以上)
最大電流の放電特性  10C~30C  1C~5C 
放電動作温度℃  -20~+75  -20~+55
メモリー効果    無し  無し
 熱安定性   最適 普通
 重量(同じ電圧電力容量と仮定して)  鉛蓄電池の約1/3の重量    重い
取付方式   方向の制限がない  方向が固定ない 
安全性 破壊時に微細な発熱があるが爆発、火災は起きない  酸液の飛散の危険あり
環境保護   RoHs指令に対応 RoHs非適合: 鉛と硫酸は汚染性あり
環境保護の要求  回収の必要無し 回収が必要

リン酸鉄リチウムバッテリー電池と他電池との比較表

電池種類

リン酸鉄リチウムバッテリー

鉛蓄電池

リン酸鉄リチウムバッテリー

リン酸鉄リチウムバッテリー

ニッケル水素電池

英文名

 LiFePO4

Lead-Acid

Li-Mu

Li-Co

Ni-Mh

使用中おける電圧変化

    安定

持續的下降

持續的下降

持續的下降

持續的下降

循環寿命

1C充電で3000C回以上に達する

150~300回、約1~2年間

 

150~300回、約1~2年間

 

500~1000回、約3年間

600回、約3年間

使用可能な電池容量

99%

60%

95%

95%

85%

自己放電率(每月)

月間1.5%

30%

10%

10%

30%

放電操作溫度

-20~+75

-20~+55

高於50℃迅速衰退

-20~+55

-20~+55

メモリー効果

無し

有り

無し

無し

有り

安全性

微熱はするが爆発や発火はしない

爆破や発火の記録がある

爆破や発火の記録がある

爆破や発火の記録がある

電解液漏洩の危険がある

 

エコ

RoHS対応

鉛及び硫酸が污染性を持ち

RoHS対応

RoHS対応

RoHS対応

 

なぜリン酸鉄リチウムイオン電池が選ばれるのか?

p> 1) 急速充電能力:1C~5Cの充電で最速で10分間に90%の電力を充電することが出来ます。

2)大電流(5C~30C)の放電に対応しており、ハイパワーな出力が可能です。従来の充電電池と比較しておよそ10倍の放電量に対応します。

3)メモリー効果がないため、継ぎ足し充電が可能です。そのため残量を気にすることなく、いつでも充電が出来ます。

4)放電深度が大きいため、蓄電した電気の多くを使い切ることができます。放電深度は99%まで可能です。(一般の鉛蓄電池は60%程度しか放電が出来ません。また過放電により電池が劣化します。)

5)長寿命です。HIGH C-RATEの放電で1000回を超える充電(約5~10年)が可能です。NORMAL C-RATE放電の場合は3000回を超える充電が可能です。

6)高安全性、アノード材料は不可燃性と高温安定性を有しています。そのため電流放電の際、非常に安全です。

7)作業が電圧安定しています。容量85%以内の放電時に安定電圧を保持できます。

8)環境保護になります。RoHs指令に対応しており、部材及び生産時に無汚染の100%グリーン製品です。

9)使用可能温度の幅が広く、通常温度で-10℃~90℃、特殊処理の場合で-30℃~100℃の範囲で動作します。

電池電圧が弱まりますか?

リン酸鉄リチウムイオン電池は鉛蓄電池と異なり、使用を続けるごとに鉛蓄電池は弱りますが、リン酸鉄リチウムイオン電池の場合は電圧が安定し、たとえ三年使用しても電圧は維持されます。

バッテリーをリン酸鉄リチウムイオンに換えたらオイルの節約になりますか?

点火プラグのスパークが最大効率になりパワーが高まります。そのためオイルの消耗及び排気ガスを減らすことができます。自動車にもよりますが、5%~25%のオイルを節約することが€できます。

安全性について

リン酸鉄リチウムイオン電池のセルは、各種の厳しい釘刺し試験や、衝撃試験において無発火、無破裂です。非常に安全性が高いため、自動車が発火するといった問題はありません。(ARTC財団法人自動車研究·試験センターレポート番号:B98RE077)。

電池の寿命

リン酸鉄リチウムイオン電池のサイクル寿命は3000回以上です。一般的な鉛蓄電池のサイクル寿命は150~300回程度。比べてみますと、リン酸鉄リチウムイオン電池が非常に長寿命であることがわかります。

リン酸鉄リチウムイオン電池の品質

当社の自動車スタート用リン酸鉄リチウムイオン電池は、6年に及ぶ研究開発期間、2年の実車テスト、そして10回ものプログラム更新を経ており、その結果、製品の品質は安定しています。なお、中国、日本、台湾及びその他の国々で特許を取得しています。

リン酸鉄リチウムイオン電池が他の電池よりも割高な理由

リン酸鉄リチウムイオン電池は新しい技術を用いた電池です。そのため原材料のコストダウンが進んでいないこと、また製造工程が複雑なことにより、従来の電池と比較しますと割高になります。その代わりに従来の電池では実現が難しい品質・特性を持っているため、コストパフォーマンスの点では悪くありません。

自分でリン酸鉄リチウムイオン電池のセルを組めますか?

仮に個人でリン酸鉄リチウムイオン電池のセルを組み立てた場合、安全性テストができないため何らかの事故が発生するかもしれません。そのため、そのようなことは決してしないでください。当社のリン酸鉄リチウムイオン電池は様々な品質安全テスト経てから生産及び販売を行っています。厳しい品質基準をクリアすることにより、消費者様の安全を保証しています。