リン酸鉄リチウムバッテリーの概要

リン酸鉄リチウム電池とは、正極材料としてリン酸鉄リチウムを使用したリチウムイオン電池のことです。リン酸鉄リチウム電池は、安全性が高く、サイクル寿命が長く、放電率が高く、耐熱性に優れていることから、新世代のリチウムイオン電池とされています。

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  • 優れた安全性能:パンクしても爆発せず、過充電時に燃焼や爆発はありません。
  • 良好なサイクル寿命:リン酸鉄リチウム電池のサイクル寿命は2000倍以上に達する可能性があります。
  • 良好な高温性能:使用温度範囲は-20℃から70℃です。
  • 高いタップ密度:同じ条件下でより高い容量があります。
  • 1C-5Cでの急速充電を実現し、充電時間を大幅に短縮します。

電力貯蔵、特殊機器、ロボット、AGV、鉄道輸送、医療機器、緊急バックアップ、電気通信など。

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リン酸鉄リチウムバッテリーの利点

正極材料の安定性と信頼性の高い安全設計により、リン酸鉄リチウム電池パックは厳しい安全試験に合格しており、激しい衝突でも爆発しません。

リン酸鉄リチウム電池の1Cサイクル寿命は、一般に2000倍、さらには3500倍に達します。エネルギー貯蔵市場は4000〜5000倍以上を必要とし、これは他のタイプのリチウム電池よりも高いです。

リン酸鉄リチウム電池のピーク熱は350〜500℃に達することがあります。また、使用温度範囲が広い(-20〜 + 75℃)。高温(60℃)でも100%の容量を発揮します。

バッテリーは、1.5Cで40分間充電した後、専用の充電器で完全に充電できます。

リン酸鉄リチウム電池は、環境に優しく、毒性がなく、無公害で、安価です。また、原材料の幅広い入手可能性があります。

リン酸鉄リチウムの電圧と容量

単一のリン酸鉄リチウム電池の公称電圧は3.2V、充電電圧は3.6V、放電カットオフ電圧は2.0Vです。

リン酸鉄リチウムバッテリーパックは、バッテリーセルの直列接続を介して機器が必要な電圧に到達します。バッテリー電圧はN *シリーズの接続番号と同じです。一般的なリン酸鉄リチウム電池の電圧は次のとおりです。

リン酸鉄リチウムバッテリーパックの容量は、一般に電気機器の特定の要件に従って、並列に接続されたバッテリーセルの容量と数によって決まります。並列に接続されたリン酸鉄リチウム電池セルが多いほど、容量は大きくなります。

一般的なリン酸鉄リチウム電池の容量は、10 ah、ah、ah、40、50、ah、ah、100 200 ah、ah400などです。

リン酸鉄リチウムバッテリーの構造と動作原理

図に示すように、左側は電池の正極であるかんらん石構造のリン酸鉄リチウムです。アルミホイルを電池の正極に接続し、ポリマーセパレーターで正極と負極を分離するため、Li +とe-はセパレーターを通過できません。右側はカーボン(グラファイト)で構成されたバッテリーカソードです。銅箔はバッテリーのカソードに接続されています。

リン酸鉄リチウムバッテリーの内部構造図

リン酸鉄リチウムバッテリーが充電中の場合、正極のLi +はポリマーセパレーターを介して負極に移動します。放電プロセスでは、負極のLi +がセパレータを介して正極に移動します。リチウムイオン電池は、充電および放電プロセス中にリチウムイオンが前後に移動する方法にちなんで名付けられました。

リン酸鉄リチウムバッテリー充電器

リン酸鉄リチウム電池パックには、CCCV充電方式をお勧めします。つまり、最初に定電流、次に定電圧です。定電流の推奨値は0.3cですが、定電圧の推奨値は3.65Vです。

  • どちらのバッテリー充電方法も定電流と定電圧(CCCV)ですが、定電圧ポイントが異なります。
  • リン酸鉄リチウム電池の公称電圧は3.2Vで、充電カットオフ電圧は3.6Vです。
  • 従来のリチウムイオン電池の公称電圧は3.6V、カットオフ電圧は4.2Vです。

ソーラーパネルの電圧が不安定なため、ソーラーパネルはリン酸鉄リチウム電池を直接充電できません。電圧調整回路とそれに対応するリン酸鉄リチウム電池の充電回路が必要です。

発電機が生成する電気は交流またはパルス直流であるため、発電機はリン酸鉄リチウム電池を直接充電することはできません。リン酸鉄リチウム電池は、定電圧の直流で充電する必要があります。

リン酸鉄リチウムバッテリーとリチウムイオンバッテリー

化学 ボルタグ(V) エネルギー密度(wh / kg) 使用温度(℃) サイクルライフ 安全性 環境a SLAのサイクル寿命xwhに基づくコスト
リン酸鉄リチウム 3.2 > 120 -20-60 > 2000 安全 良い SLAより0.15〜0.25低い
鉛酸 2.0 > 35 -20-40 > 200 安全 良くない 1
NiCd 1.2 > 40 -20-50 > 1000 安全 悪い 0.7
NiMH 1.2 > 80 -20-50 > 500 安全 良い 1.2-1.4
LiMnxNiyCoz02 3.7 > 160 -20-50 > 500 LiCoよりも優れています OK 1.5-2.0
LiCoO2 3.7 > 200 -20-50 > 500 PCMなしでは安全ではありません OK 1.5-2.0

リン酸鉄リチウムバッテリーと3成分バッテリー

構造の影響を受けて、リン酸鉄リチウムと三元電池には、性能にそれぞれ長所と短所があります。三元電池はエネルギー密度と急速充電速度に利点があり、リン酸鉄リチウム電池にはサイクル寿命、安全性、経済性に利点があります。

カソード、電解質、セパレーターはどちらのタイプのバッテリーでも似ていますが、最大の違いは正極材料であるため、この名前が付けられています。

アノード材料 リン酸鉄リチウム LiNixCoyMn1-x-yO2
速記 LFP NCM
公称電圧 3.2V 3.65V
結晶形 かんらん石の構造 層構造
リチウムイオン抽出チャネル 一次元 二次元

セルに関しては、三元電池はより高いエネルギー密度を持っています。リン酸鉄リチウムアノード材料の定格電圧と理論比容量(mAh / g)はすべて、三元電池よりも低く、エネルギー密度は最高です。

アノード材料 定格電圧(V) 理論上の比容量(mAh / g) 推定実際比容量(mAh / g) 推定動作セルエネルギー密度(wh / kg)
リン酸鉄リチウム 〜3.2 〜170 〜145 〜170
NCM811 〜3.65 〜274 〜195 〜240
NCM523 〜170 〜210
NCM111 〜145 〜180

注:セルのエネルギー密度は、セルの設計とプロセスと組み合わせて評価する必要があります。表の値は参照用です。

三元リチウム電池は、充電効率においてリン酸鉄リチウム電池よりも大きな利点があります。

三元リチウム電池とリン酸鉄リチウム電池を10℃以下で充電した場合、定電流比に大きな違いはありません。充電比が10℃を超えると、リン酸鉄リチウム電池の定電流比が急激に低下し、充電効率が急激に低下します。

理論的には、リン酸鉄リチウムはサイクル寿命に利点があります。かんらん石の構造はより安定しており、膨潤しにくく、より安定した電気化学反応を示します。

リン酸鉄リチウム電池は、安全性において比類のない利点があります。正極電圧が低く、三元系のような酸素放出熱連鎖反応はありません。熱安定性の温度は300℃以上に達する可能性がありますが、三元電池の温度は約150〜200℃です。

リン酸鉄リチウムリン酸鉄リチウムは現在、価格面で明らかな利点があり、原材料は比較的安価であり、国内の産業チェーンは比較的成熟しています。

コバルトは、NCMバッテリーの価格を下げるための鍵です。コバルトは主に関連する鉱物であり、生産量が少なく、分布が不均一であり、その価格は近年継続的に上昇しています。

リン酸鉄リチウムバッテリーのサイクル寿命と係数

  • 小電流の充電と放電

    この場合、リン酸鉄リチウム電池は2000サイクルを超える傾向があります。低品質のバッテリーを使用している小型のリチウムバッテリーメーカーも、1000サイクルを超えています。

  • 高速安定充電および放電

    高速放電電池の用途のほとんどはパワータイプのリチウムイオン電池であり、それらのほとんどはモーターに電力を供給するために使用されます。ほとんどのリン酸鉄リチウム電池は高負荷で動作するため、電池材料の減衰時間が加速され、サイクル寿命は約800倍になります。

  • 高レートの不安定な充電と放電

    この場合に使用されるリン酸鉄リチウム電池は、寿命が短く、約300倍にすぎません。

リン酸鉄リチウム電池の高温性能は、現時点ではあまり成熟していません。動作温度範囲は理論値である-20℃〜125℃であり、実際の使用温度範囲はそれよりも狭くなっています。

  • 小電流の充電と放電

    この場合、リン酸鉄リチウム電池は2000サイクルを超える傾向があります。低品質のバッテリーを使用している小型のリチウムバッテリーメーカーも、1000サイクルを超えています。

  • 高速安定充電および放電

    高速放電電池の用途のほとんどはパワータイプのリチウムイオン電池であり、それらのほとんどはモーターに電力を供給するために使用されます。ほとんどのリン酸鉄リチウム電池は高負荷で動作するため、電池材料の減衰時間が加速され、サイクル寿命は約800倍になります。

  • 高レートの不安定な充電と放電

    この場合に使用されるリン酸鉄リチウム電池は、寿命が短く、約300倍にすぎません。

低温はリン酸鉄リチウム電池の性能に大きな影響を与えます。現在の市況によれば、-20℃から-40℃以下で動作するリン酸鉄リチウム電池の耐用年数は大幅に短縮され、約300倍になります。

  • 充電と放電
  • 充電器を選ぶときは、過充電によるリン酸鉄リチウム電池の寿命を縮めないように、適切な装置を備えた充電器を使用して遮断することをお勧めします。一般に、充電が遅いとバッテリーの寿命が長くなり、急速充電よりも優れています。

  • 放電の深さ
  • 放電深度は、リン酸鉄リチウム電池の寿命に影響を与える主な要因です。放電深度が深いほど、リン酸鉄リチウム電池の寿命は短くなります。言い換えれば、放電深度を減らすことにより、リン酸鉄リチウム電池の寿命を大幅に延ばすことができます。したがって、リチウム電池UPSを極端に低い電圧に過放電しないようにする必要があります。

  • 動作環境
  • リン酸鉄リチウム電池を高温で長時間使用すると、電極の活性が低下し、寿命が短くなります。したがって、動作温度を可能な限り適切に保つことにより、リン酸鉄リチウム電池の寿命を延ばすのに適した方法です。

    リン酸鉄リチウムバッテリーのリサイクル

    カスケード利用の価値がない廃電池とカスケード利用後の電池は、やがて分解・リサイクルの段階に入ります。三元材料電池とは異なり、リン酸鉄リチウム電池は重金属を含まず、回収生成物は主にLi、P、Feです。回収製品の付加価値は低いため、低コストの回収方法が重要です。主に火の冶金学と湿式製錬の技術的プロセスがあります。

  • 火の冶金学
  • 従来の消火冶金回収は、一般に電極の高温焼却であり、電極片中の炭素や有機物を焼却し、焼却できない残りの灰を最終的にろ過して、金属や金属酸化物を含む微粉を得る。

  • 湿式製錬
  • 湿式製錬回収法は、主に酸塩基溶液を介してリン酸鉄リチウム電池の金属イオンを溶解し、沈殿と吸着を介して溶解した金属イオンを酸化物や塩の形で抽出することです。反応プロセスでは、H2SO4、NaOH、H2O2およびその他の試薬がよく使用されます。

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