BYD鉄電池トヨタすべての全固体電池の長所と短所の比較

日本では、現在主流のリチウムイオン電池よりも優れた新世代電池である「全固体電池」の開発が絶えず進んでいます。東北大学とトヨタ自動車は、すべての全固体電池の充電時間を従来の電池の10分の1に短縮しました。ノースイースタン大学の他のR＆Dチームは、軽量の全固体電池を開発し、動作温度を下げました。さらに、韓国のサムスン電子は、すべての全固体電池の寿命を延ばす技術も開発しています。国内外で実用化競争が激化しています。

リチウム電池の主成分である電解液には、発火しやすい有機溶剤が含まれています。全固体電池は、液体電解質の代わりに固体電解質を使用します。リチウムイオンは難燃性の固体電解質中を移動するため、安全性が大幅に向上します。理論的には電解質を使用するバッテリーと比較されますが、すべての全固体バッテリーはより多くの電力貯蔵とより高い出力電力を備えています。しかし、これまでに開発された全固体電池は、従来の電池の性能を超えることは難しく、実用化も困難でした。

この研究では、東北大学の太郎准教授らが電解質と電極の界面の問題に焦点を当てました。電解液と電極は、真空装置を使用し、電池の製造方法を調整することにより、完全に適合しています。リチウムイオンは、インターフェースがぴったりと合うため、バッテリー内で簡単に移動できます。亀裂や不純物の影響で固体電解質と電極が密着しないという問題を解決しました。

プロトタイプの全固体電池を使用して実施した実験では、充電時間は、電解液を使用する従来の電池で必要だった30分以上から3分に短縮されました。電気自動車（EV）のバッテリーに全固体電池を使用すると、急速充電が可能になります。今後は、トヨタや電池メーカーと共同で開発を進めていきます。

ノースイースタン大学のYanMao教授とYu教授および講師の電解質としてリチウムおよび水素化合物を同じように使用すると、すべての全固体電池の重量が半分以上減少しました。硫化物と酸化物を電解質として使用する以前に開発された全固体電池は、電解質を使用する電池よりも重かった。

リチウムと水素の化合物を使用した後、高温環境でしか操作できないという問題がありますが、電解質の組成は元の120℃から90℃に改善されています。将来の目標は、バッテリーを室温で適切に動作させることです。同社は三菱ガスケミカルと協力し、5年後には純粋な電気自動車として実用的なレベルのバッテリーを実現する予定です。

サムスン電子は、硫化物を使用した全固体電池の耐久性を向上させました。 500回の充放電を繰り返しても、容量は約80％を維持でき、実用レベルに近い。これまで、充放電を繰り返すと容量が急激に減少するという問題がありました。しかし、この問題は、正極の構造を注意深く改善し、正極に通電しやすい物質を均一に分散させることで解決しました。この成果は、先月京都で開催されたバッテリーセミナーで発表されました。

現在、主流のリチウムイオン電池は、単位体積あたりの出力が高く、記憶容量が大きい。主に携帯端末や純粋な電気自動車に使用されます。ただし、発熱は損傷の原因となる可能性があり、安全上の問題を示す意見があります。

新世代のバッテリー：既存のリチウムイオンバッテリーを搭載した純粋な電気自動車の電気走行距離は、わずか約200kmです。一方、ガソリン車は満タンで約500キロ走行できます。新世代のバッテリーの目標は、ガソリン車以上の性能を向上させることです。また、安全性と耐久性の向上、充電時間の短縮にも努めています。

現在開発中の新世代電池は、全固体電池やナトリウムイオン電池のほか、空気中の空気を利用して軽量化する電池や、大量に使用する多価イオン電池などがあります。マグネシウムイオンなどの電気。

「全固体電池」と同様に、近年の電気自動車の実際の動作テストの後、BYD鉄電池の安全性は業界の巨人によって確認されていますが、「全固体電池」鉄の長所と短所は何ですか電池？

実際、リチウム電池は一般的な用語にすぎません。カソードの材質に応じて細分化すると、コバルト酸リチウム、マンガン酸リチウム、リン酸鉄リチウムになります。リチウム電池の長所と短所を以下に説明します。

リン酸鉄リチウム電池とは何ですか？

リチウムイオン電池の内部は、主に正極、負極電解液、セパレーターで構成されています。リチウムイオン電池のプラス、マイナス、電解質は、使用する材料によって性能や名前が異なる場合があります。市場で一般的に使用されているリチウム電池は、コバルト酸リチウム（LiCoO2）とマンガン酸リチウム（LiMn2O4）に分類され、この記事の主人公はリン酸鉄リチウム（LiFePO4）です。

リチウム電池の一種であるリン酸鉄リチウムは、主に電気自動車、軍用航空宇宙、電動工具、UPSなどの電力システムの分野で使用されています。優れた構造安定性、安全性能、長寿命のため、より適しています。電力システムの分野で使用されます。リン酸鉄リチウム電池には、他の正極材料を使用するリチウムイオン電池に比べて少なくとも5つの利点があります。

5つの利点、安全性と寿命

現在市場に出回っているより一般的なコバルト酸リチウム電池やマンガン酸リチウム電池と比較して、リン酸鉄リチウム電池には少なくとも5つの利点があります。安全性が高く、耐用年数が長く、重金属やレアメタル（原材料）がなく、低コストで高速です。充電と広い動作温度範囲。

より高いセキュリティ

リン酸鉄リチウムは、コバルト酸リチウムとマンガン酸リチウムの安全上の問題を完全に解決します。これは、リン酸化学結合の結合強度が従来の過剰な金属酸化物構造よりも強いため、構造がより安定しており、酸素を放出しにくいことを示しています。

より長い耐用年数

現在、市販のモバイル電源に使用されているリチウムイオン電池のほとんどは、サイクル寿命が約500〜800倍であるのに対し、リン酸鉄リチウム電池の耐用年数は少なくとも2,000倍であり、容量を以上に維持することができます。 80％。したがって、モバイル電源の内部電力貯蔵ユニットがリン酸鉄リチウム製品である場合、それは絶対的な通常の耐用年数の利点を持っています。

重金属やレアメタルは含まれていません

リン酸鉄リチウム電池の正極材料には貴金属やレアメタルが含まれていないため、環境に優しく、環境汚染を効果的に低減できます。さらに、幅広い材料源により、材料費が低く、価格も優れています。

急速充電をサポート

充電速度に関しても、リン酸鉄リチウムはより大きな利点があり、少なくとも2Cの充電速度をサポートする急速充電特性をサポートします（Cは1000mAhバッテリーの容量などの充電パラメーターであり、2C電流は1000mA × 2 = 2000mAです）、充電時間を大幅に短縮できます。

広い動作温度範囲

他のリチウム電池と比較して、リン酸鉄リチウム電池は動作温度範囲が広く、-20°C〜 + 75°Cで正常に動作します。耐熱性の高いリン酸鉄リチウム電池の中には350℃でも使用できるものがあります。通常動作°Cから500°Cの範囲では、マンガン酸リチウムと酸化リチウムコバルトの200°Cの制限よりも多くの利点があります。

したがって、コバルト酸リチウム電池やマンガン酸リチウム電池と比較して、リン酸鉄リチウムの最も明らかな利点は、非常に高い安全率、急速充電（大電流充電）のサポート、およびより広い動作温度範囲です。これにより、消費者はリチウム電池の安全性を心配し、より過酷な環境で使用することができます。ただし、広く使用されているコバルト酸リチウム電池やマンガン酸リチウム電池と比較すると、リン酸鉄リチウムにはいくつかの欠点があります。以下を参照してください。

3つの大きな欠点はまだ完全ではありません

リン酸鉄リチウム電池の利点を簡単に紹介した後、存在するいくつかの欠点を見てみましょう。それは主に3つの側面に分けられます：低いタップ密度、一貫性の問題、そして高い生産コスト。

低タップ密度

リチウムイオン電池の場合、タップ密度によって同じ容量の電池のサイズが決まります。タップ密度が低いことは、現在のリン酸鉄リチウム電池で解決する必要のある欠点です。コバルト酸リチウムやマンガン酸リチウムに比べて、同じ容量のリン酸鉄リチウム電池の方が大きいため、携帯電話などの分野でリン酸鉄リチウム電池が普及していない理由のひとつです。

一貫性の問題

リン酸鉄リチウム電池は、コバルト酸リチウム電池やマンガン酸リチウム電池と比較して、寿命が絶対的に長くなります。ただし、バッテリーモードでは、その寿命は大幅に短くなります。バッテリーパックは多数の単セルで直列に接続されているため、バッテリーパック全体の1つのバッテリーが故障した場合、交換は非常に面倒です。そのため、電気自動車の現在のバッテリーパックの公称サイクルが発生します。同じ人生の理由は500回です。

高い製造コスト

リン酸鉄リチウム正極の材料の物性は他のリチウム電池材料とはかなり異なるため、粒度が小さく、かさ密度が小さいなど、製造工程での工程要件は高く、公称電圧は3.2です。 Vは通常の3.7vリチウム電池電圧よりも低いため、電池構成全体および関連する製造装置とプロセスを製造するための要件は、他のリチウム電池よりも高くなります。

リン酸鉄リチウム電池の上記の３つの大きな欠点に加えて、カソード材料の特許紛争であるリン酸鉄リチウム電池の開発を妨げる潜在的な問題が依然としてある。リン酸鉄リチウムの現在の全体的なコストを、普及しているコバルト酸リチウム電池およびマンガン酸リチウム電池よりも高くします。しかし、最近、特許の問題が緩和されたことは喜ばしいことです。

明るい未来

次の表は、主に公称電圧、充電および放電電圧範囲、体積比エネルギーなどのいくつかの側面を通じて、リン酸鉄リチウム電池とマンガン酸リチウムおよびコバルト酸リチウム電池のいくつかの明らかなデータ比較を比較しています。

概要：リン酸鉄リチウム、コバルト酸リチウム、マンガン酸リチウム、全固体電池のいずれであっても、次の開発の方向性はエネルギー密度の向上だけでなく、電池の安全性にも焦点を当てる必要があります。何年もの間、バッテリーは大規模に使用されます。その後、この問題が浮き彫りになります。研究開発機関は、事前に計画を立て、揺りかごに隠されたこれらの危険を殺す必要があります。電気自動車産業の離陸を回避することは麻痺した状況です。

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