リン酸鉄リチウム電池は本当に活性化する必要がありますか

リン酸鉄リチウム電池の正式名称はリン酸鉄リチウムリチウムイオン電池で、長すぎると略してリン酸鉄リチウム電池と呼ばれています。その性能は特に電力用途に適しているため、「電力」という言葉が名前に追加されました。つまり、リン酸鉄リチウムパワーバッテリーです。 「リチウム鉄（LiFe）パワーバッテリー」とも呼ばれます。

の動作原理

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。リチウムイオン電池の陰極材料には、主にリチウムコバルト酸、リチウムマンガン酸、リチウムニッケル酸、三元材料、リチウム鉄リン酸塩などが含まれます。リチウムコバルト酸化物は、ほとんどのリチウムイオン電池で使用される陽極材料です。

意味

金属市場では、コバルト（Co）が最も高価で貯蔵量が少なく、ニッケル（Ni）とマンガン（Mn）が安価で、鉄（Fe）が多くなっています。アノード材料の価格もこれらの金属の価格と一致しています。したがって、LiFePO4アノード材料で作られたリチウムイオン電池は比較的安価であるはずです。もう一つの特徴は、環境への汚染がないことです。

二次電池の要件は次のとおりです。大容量、高出力電圧、良好な充電および放電サイクル性能、安定した出力電圧、大電流の充電および放電、電気化学的安定性、安全性の使用（充電、放電、および短絡が原因で発生しなかった）燃焼や爆発などの不適切な操作）、広い動作温度範囲、無毒または毒性が少ない、環境への汚染がない。リン酸鉄リチウム電池のアノードとしてLiFePO4を採用することは、これらの性能要件、特に大放電率放電（5〜10 c放電）、安定した放電電圧、セキュリティ、非燃焼、爆発ではなく、寿命（サイクル）に適しています。環境汚染のない、それは最高です、現在最高の大電流出力パワーバッテリーです。

構造と動作原理

電池の正極であるLiFePO4は、アルミホイルで正極に接続されています。真ん中には、正極を負極から分離する高分子膜があります。ただし、リチウムイオンLiは通過できますが、電子e-は通過できません。バッテリーの上端と下端の間にはバッテリーの電解液があり、金属シェルで密閉されています。

LiFePO4バッテリーが充電されると、正極のリチウムLiが高分子膜を通って負極に移動します。放電プロセス中に、負極のリチウムLiは膜を通って正極に移動します。リチウムイオン電池は、充電と放電の間でリチウムイオンが前後に移動することから名付けられました。

主なパフォーマンス

LiFePO4バッテリーの公称電圧は3.2v、終端充電電圧は3.6v、終端放電電圧は2.0vです。さまざまなメーカーが使用するアノードおよびカソード材料と電解質材料の品質とプロセスが異なるため、それらの性能にはいくつかの違いがあります。たとえば、同じタイプ（同じパッケージの標準バッテリー）のバッテリー容量は大きく異なります（10％〜20％）。

ここで、異なる工場で製造されたリン酸鉄リチウムパワーバッテリーの性能パラメーターにはいくつかの違いがあることに注意してください。さらに、バッテリーの内部抵抗、自己放電率、充電および放電温度など、一部のバッテリー特性は含まれていません。

リン酸鉄リチウム電池は容量が大きく異なり、10分の数から数ミリアンペアの範囲の小型のもの、数十ミリアンペアの範囲の大型のもの、および数百ミリアンペアの範囲の大型のものの3つのカテゴリに分類できます。 。異なるタイプのバッテリーの同じパラメーターにもいくつかの違いがあります。

ゼロ電圧テストへの過放電：

放電からゼロ電圧までのテストには、STL18650（1100mAh）リン酸鉄リチウム電池を使用しました。テスト条件：1100mAh STL18650バッテリーは0.5cの充電率で完全に充電され、1.0cの放電率で0Cのバッテリー電圧に放電されました。次に、0Vバッテリーを2つのグループに分けます。1つは7日間、もう1つは30日間です。ストレージの有効期限が切れたら、0.5cの充電率でストレージを満たし、1.0cで放電します。最後に、2つのZVSストレージ期間の違いを比較しました。

テストの結果、7日間のゼロ電圧ストレージの後、バッテリーに漏れがなく、良好なパフォーマンスが得られ、容量は100％です。 30日後、漏れがなく、良好なパフォーマンス、98％の容量。 30日間の保管後、バッテリーはさらに3サイクル充電および放電され、容量は100％に回復しました。

この試験は、リン酸鉄リチウム電池が放電され（0Vまで）、一定期間保管されても、漏れや損傷がないことを示しています。これは、他の種類のリチウムイオン電池にはない特徴です。

リン酸鉄リチウム電池の利点

1.安全性能の向上

リン酸鉄リチウムの結晶中のpo結合は安定しており、分解しにくいです。高温や過充電でも発熱やコバルト酸リチウムなどの強い酸化性物質を発生しないため、安全性に優れています。鍼灸や短絡実験の実際の操作では、サンプルのごく一部に燃焼現象が見られたが、爆発は起こらなかったとの報告もあります。しかし、過充電実験では、自身の放電電圧の数倍の高電圧充電を使用したところ、爆発現象が見られました。それにもかかわらず、その過充電の安全性は、通常の液体電解質リチウムコバルト電池と比較して大幅に改善されています。

2.平均余命の改善

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。

鉛蓄電池の長寿命は300倍程度、最高は500倍、標準充電（5時間レート）で2000倍以上のリン酸鉄リチウム電池のサイクル寿命は2000倍に達します。同品質の鉛蓄電池は「新半年、旧半年、保守・保守半年」で、ほとんどが1〜1。5年、リン酸鉄リチウム電池は同じ状態で理論寿命は7になります。 〜8年。全体として、性能価格は理論上の鉛蓄電池の4倍以上です。大電流放電は大電流2C急速充電と放電であり、特別な充電器では、1.5C充電は40分でいっぱいになり、最大2Cの電流を開始しますが、鉛蓄電池にはこの性能がありません。

3、高温性能は良好です

リン酸鉄リチウムは350℃から500℃に達することができ、電気ピークとコバルト酸リチウムマンガン酸リチウムは約200℃でしか到達できません。動作温度範囲が広く（20℃〜75℃）、耐高温性があり、リン酸鉄リチウムは350℃〜500℃の加熱ピークに達することができます。コバルト酸リチウムとマンガン酸リチウムは約200℃でのみ加熱されます。

4.大容量

一定の全容量で動作する充電式バッテリーは、定格容量を急速に下回る可能性があります。これは、メモリー効果と呼ばれる現象です。たとえば、ニッケル水素電池とニッケルカドミウム電池にはメモリがありますが、リン酸鉄リチウム電池にはそのような現象はありません。電池の状態に関係なく、充電前に出すことなく、いつでも充電して使用することができます。

6.軽量

同じサイズのリン酸鉄リチウム電池は、鉛蓄電池の3分の2のサイズと3分の1の重量です。

7、環境保護

リン酸鉄リチウム電池は、一般に、重金属やレアメタルがなく（ニッケル水素電池にはレアメタルが必要）、無毒（SGS認証）、無公害、ヨーロッパのRoHS規制に準拠しており、絶対的なグリーンであると考えられています。環境保護バッテリー証明書。そのため、リチウム電池は、主に環境への配慮から業界から支持されており、国の主要な支援となっている「第10次5カ年計画」期間中に「863」国のハイテク開発計画に含まれました。開発プロジェクトを奨励します。中国がWTOに加盟することで、中国の電動自転車の輸出は急速に増加し、米国とヨーロッパは無公害のバッテリーで電動自転車の要件を満たしています。

しかし、一部の専門家は、鉛蓄電池によって引き起こされる環境汚染は、主に非標準の製造プロセスとリサイクルプロセスで発生したと述べました。同様に、新エネルギー産業に属するリチウム電池は良いですが、重金属汚染の問題を回避することはできません。鉛、ヒ素、カドミウム、水銀、クロムなどの金属材料は、ほこりや水に放出される可能性があります。バッテリー自体は化学物質であるため、2種類の汚染が考えられます。1つは製造プロセスの廃棄物汚染です。第二に、廃棄後のバッテリー汚染。

リン酸鉄リチウム電池には、低温性能が悪い、正極材料密度が小さい、等容量のリン酸鉄リチウム電池の体積がコバルト酸リチウムなどのリチウムイオン電池よりも大きいなどの欠点もあります。マイクロバッテリーに利点があります。パワーバッテリーで使用する場合、他のバッテリーと同様に、リン酸鉄リチウムバッテリーはバッテリーの一貫性の問題に直面する必要があります。

リン酸鉄リチウム電池のデメリット

材料にアプリケーション開発の可能性があるかどうかは、その利点に焦点を当てるだけでなく、材料に根本的な欠陥があるかどうかがより重要です。

現在、中国では動的リチウムイオン電池の正極材料としてリン酸鉄リチウムが広く使用されています。政府、科学研究機関、企業、さらには証券会社の市場アナリストは、この材料について楽観的であり、動的リチウムイオン電池の開発の方向性と見なしています。その理由は次のとおりです。1つ目は、米国の研究開発の方向性の影響です。米国のValenceとA123は、リチウムイオン電池のカソード材料としてリン酸鉄リチウムを最初に使用しました。第二に、動的リチウムイオン電池用の良好な高温循環および貯蔵性能を備えたマンガン酸リチウム材料は、中国で調製されていない。ただし、リン酸鉄リチウムには無視できない根本的な欠陥もあり、次のように要約できます。

1.リン酸鉄リチウムの製造の焼結工程において、高温還元雰囲気下で酸化鉄が元素鉄に還元される可能性があります。元素鉄は、バッテリーの微小短絡を引き起こす可能性があるため、バッテリーの中で最もタブーな物質です。これが、日本が動的リチウムイオン電池の正極材料としてこの材料を使用しなかった主な理由でもあります。

2.リン酸鉄リチウムには、振動密度や圧縮密度が低いなどの性能上の欠陥があり、リチウムイオン電池のエネルギー密度が低くなります。ナノコーティングとカーボンコーティングでこの問題が解決されなかったとしても、低温性能は劣ります。アルゴンヌ国立研究所、DonHillebrand博士、エネルギー貯蔵システムセンターの所長、低温でのリン酸鉄リチウム電池の性能に関しては、説明するのがひどいですが、リン酸鉄リチウムリチウムイオン電池のテスト結果のタイプは、リチウムが低温（0℃以下）のリン酸鉄電池は電気自動車を作ることができませんでした。一部のメーカーは、リン酸鉄リチウム電池の容量保持率は低温で良好であると主張していますが、それは低放電電流と低カットオフ電圧の場合です。この場合、デバイスはまったく起動しません。

3.材料の製造コストは電池よりも高く、歩留まりが低く、一貫性がありません。リン酸鉄リチウムのナノメートルとカーボンコーティングは、材料の電気化学的特性を改善しますが、エネルギー密度の低下、合成コストの増加、電極処理性能の低下、環境に対する厳しい要件など、他の問題ももたらします。リン酸鉄リチウムに含まれる化学元素Li、Fe、Pは豊富で低コストですが、調製したリン酸鉄リチウム製品のコストは低くありません。初期の研究開発費を取り除いたとしても、材料の加工費と電池の準備費が高いため、最終的な単位エネルギー貯蔵費が高くなります。

4.製品の一貫性が悪い。現在、この問題を解決できるリン酸鉄リチウム材料工場は中国にありません。材料調製の観点から、リン酸鉄リチウムの合成反応は、固相リン酸、酸化鉄、リチウム塩に加えて、炭素前駆体と還元気相を含む複雑な多相反応です。この複雑な反応プロセスでは、反応の一貫性を保証することは困難です。

5.知的財産の問題。現在、リン酸鉄リチウムの基本特許はテキサス大学が所有しており、カーボンコーティング特許はカナダ人が出願しています。これら2つの基本特許を回避する方法はなく、ロイヤルティがコストに含まれている場合、製品のコストはさらに上昇します。

また、リチウムイオン電池の研究開発と製造の経験から、日本はリチウムイオン電池の商業国としては最も早く、ハイエンドのリチウムイオン電池市場を占めてきました。米国はいくつかの基礎研究をリードしていますが、これまでのところ大手リチウムイオン電池メーカーはありません。したがって、日本が動的リチウムイオン電池の正極材料として修飾マンガン酸リチウムを選択することはより合理的です。米国でも、パワーリチウムイオン電池のアノード材料としてのリン酸鉄リチウムとマンガン酸リチウムのメーカーは均等に分割されており、連邦政府は両方のシステムの開発をサポートしています。リン酸鉄リチウムに存在する上記の問題を考慮すると、新エネルギー車および他の分野における動的リチウムイオン電池の正極材料として広く使用することは困難である。マンガン酸リチウムの高温サイクルや貯蔵性能の悪さの問題を解決できれば、低コストで高倍率性能という利点があるため、動的リチウムイオン電池の応用に大きな可能性を秘めています。

このページには、機械翻訳の内容が含まれています。