リン酸鉄リチウム電池についてはもう十分です！

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アノード材料は、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、リチウム鉄ホスフェートなどである。現在、コバルト酸リチウムはほとんどのリチウムイオン電池に使用されているアノード材料です。材料原理の観点から、リン酸鉄リチウムも埋め込み/非埋め込みプロセスであり、コバルト酸リチウムおよびマンガンリチウムとまったく同じです。

1.はじめに

リン酸鉄リチウム電池はリチウムイオン二次電池であり、主な用途の1つは電力電池であり、ニッケル水素電池と比較して、ニッケルカドミ電池には大きな利点があります。

リン酸鉄リチウム電池の充放電効率は90％以上です。鉛蓄電池は約80％です。

2.8つの利点

安全性能の向上

リン酸鉄リチウム結晶の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。

生活改善

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、半年の保守・保守」で、ほとんどが1〜1。5年、同じ状態のリン酸鉄リチウム電池で理論寿命に達します。 7〜8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充電で40分以内にバッテリーが満杯になり、最大2Cの電流を開始できますが、鉛蓄電池にはこの性能がありません。

高温性能

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℃）、リン酸鉄リチウムの耐熱性があり、コバルト酸リチウムとマンガン酸リチウムの加熱ピークは約200℃で350℃〜500℃に達します。

大容量

通常の電池（鉛蓄電池など）よりも容量が大きいです。 5 ah ah-1000（モノマー）

メモリー効果なし

二次電池は常に充電された状態で動作することが多く、容量はすぐに定格容量値を下回ります。この現象はメモリー効果と呼ばれます。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。バッテリーの状態に関係なく、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。

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。

環境を守ること

バッテリーは一般に、絶対的なグリーン環境保護のために、重金属やレアメタル（ニッケル金属水素化物バッテリー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規制に準拠していると見なされていますバッテリー証明書。そのため、リチウム電池は、主に環境への配慮から業界に支持され、「第10次5カ年計画」期間中に「863」国家ハイテク開発計画に含まれ、国家の主要な支援となり、開発プロジェクトを奨励する。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する一方、米国やヨーロッパに参入する電動自転車には無公害のバッテリーが必要とされています。

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すると言います。同様に、リチウム電池は新エネルギー産業に適していますが、重金属汚染の影響を受けません。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。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も欠点があります。たとえば、低温性能が悪い、正極材料の振動密度が小さい、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です。マイクロバッテリーには利点がありません。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。

パワーバッテリーの比較

現在、動的リチウムイオン電池の最も有望なアノード材料は、主に修飾マンガン酸リチウム（LiMn2O4）、リン酸鉄リチウム（LiFePO4）、およびマンガン酸ニッケルコバルトリチウム（Li（Ni、Co、Mn）O2）の3成分材料です。コバルト資源が不足し、ニッケルとコバルトのコストが高いため、電気自動車用のパワー型リチウムイオン電池の主流になることは一般的に難しいと考えられていますが、スピネルリチウムマンガン酸化物と混合することができます一定の範囲。

業界アプリケーション

技術革新と産業のアップグレードをもたらすリチウム電池業界向けのアルミホイルコーティング

リチウム電池の性能と放電率を向上させる

国内の電池メーカーの電池性能に対する要求が高まるにつれ、中国では新しいエネルギー電池材料が一般的に受け入れられています。導電性材料と導電性コーティングのアルミホイル/銅箔です。

その利点は次のとおりです。電池材料を扱う場合、高速、大きな比容量、不十分なサイクル安定性、深刻な減衰などの理由で良好な充電および放電性能を発揮することが多いため、あきらめることを選択する必要があります。

これは、新しい時代にバッテリーのパフォーマンスを向上させる素晴らしいコーティングです。

導電性コーティングは、分散したナノ導電性グラファイトコーティング粒子で構成されています。それは優れた静的伝導性を提供することができ、保護エネルギー吸収層です。また、優れたカバー保護性能を提供できます。コーティングは水ベースと溶剤ベースで、アルミニウム、銅、ステンレス鋼、アルミニウム、チタンのバイポーラプレートに使用できます。

カーボンコーティングは、次のようにリチウム電池の性能を向上させることができます

1.バッテリーの内部抵抗を減らし、充電および放電サイクル中の動的内部抵抗の増加を抑制します。

2.バッテリーパックの一貫性を大幅に改善し、バッテリーパックのコストを削減します。

3.活物質とコレクター液の密着性を向上させ、ポールシートの製造コストを削減します。

4.分極を減らし、乗算器の性能を改善し、熱効果を減らします。

5.コレクター液の電解液の腐食を防ぎます。

6.要素を組み合わせてバッテリーの寿命を延ばします。

7.コーティングの厚さ：従来の単一の厚さの場合は1〜3m。

近年、日本と大韓民国は、主に、正極材料として変性マンガン酸リチウムとニッケルコバルトマンガン酸リチウム三材料を用いた動的リチウムイオン電池を開発した。 A123システムズ、ヴァランスなどのリン酸鉄リチウム電源タイプのリチウムイオン電池のアノード材料の主な開発ですが、PHEVとEVの主要な自動車メーカーは、マンガンベース電源タイプのリチウムイオン電池のカソード材料システムの選択です。マンガン酸リチウム材料を検討しているA123社、ドイツなどの欧州諸国は、主に電池会社と他国との協力により、ダイムラーとフレンチサフトの提携、ドイツのフォルクスワーゲンなどの電気自動車を開発していると言われています。日本のsanyo協力協定など。ドイツのフォルクスワーゲンとフランスのルノーも、政府の支援を受けて、電力ベースのリチウムイオン電池を開発および製造しています。

3.欠点

材料がその利点に焦点を合わせることに加えて、アプリケーション開発の可能性を持っているかどうかは、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。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優れた高温サイクルと貯蔵性能を備えたマンガン酸リチウム材料は、中国では準備されていません。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い場合でも、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、デバイスは単に機能しません。

3.材料の準備コストはバッテリーの製造コストよりも高く、バッテリーの歩留まりは低く、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、リン酸鉄リチウム製品の製造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を足すと、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、反応の一貫性を確保することは困難です。

5.知的財産権。リン酸鉄リチウムの最初の特許出願は、1993年6月25日にFXMITTERMAIER＆SOEHNEOHG（DE）によって取得され、結果は1993年8月19日に発表されました。リン酸鉄リチウムの基本特許はテキサス大学が保有し、炭素被覆特許はカナダ人によって開催されます。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・製造経験から、日本はリチウムイオン電池の商業化が最も早い国であり、ハイエンドのリチウムイオン電池市場を占めています。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の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50対50に分割されており、連邦政府は両方のシステム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。

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、名前が長すぎ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の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。

意味

このエントリを追加したとき（2013年4月24日）、コバルト（Co）は市場で最も高価な金属であり、貯蔵量が少なく、ニッケル（Ni）とマンガン（Mn）が最も安価であり、鉄（Fe）が一番安いです。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アノードリチウムイオン電池が最も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

LiFePO4電池の内部構造を図1に示します。左側は電池の正極としてのかんらん石LiFePO4で、アルミホイルと電池の正極で接続されています。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。しかし、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、正極のリチウムイオンLi +が高分子膜を通って負極に移動します。放電中、負極のリチウムイオンLi +はダイヤフラムを通って正極に移動します。リチウムイオン電池は、充電と放電の間を行ったり来たりする方法にちなんで名付けられました。

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で使用されている正極材料と負極材料、および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％）。

リン酸鉄リチウム電池の主な性能を表1に示します。他の二次電池との比較のために、他の種類の二次電池の性能も表に示しています。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。ここでは、現在広く使用されている小型の標準円筒形カプセル化リン酸鉄リチウム電池のパラメータを紹介します。全体のサイズ：直径18mm、高さ650mm（モデル18650）、パラメーターのパフォーマンスを表2に示します。

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の充電率で充電し、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。

テスト結果は、ゼロ電圧ストレージの7日後、バッテリーに漏れがなく、良好なパフォーマンスと100％の容量があることを示しています。 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。

このテストは、バッテリーが放電され（0Vまで）、一定期間保管された場合でも、バッテリーが漏れたり損傷したりし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特徴

上記の紹介により、LiFePO4バッテリーは次のように要約できます。

高効率出力：2〜5Cの標準放電、10Cまでの連続大電流放電、20Cまでの瞬間パルス放電（10S）。

高温、外部温度65℃、内部温度が95℃と高い場合の良好な性能、バッテリー放電温度の終わりには160℃に達することができ、バッテリーの構造は安全で良好な状態です。

バッテリーの内部または外部の損傷があっても、バッテリーは燃えず、爆発せず、最高の安全性です。

優れたサイクル寿命、500サイクル、放電容量は依然として95％を超えています。

損傷することなくゼロボルトまで過放電。

急速充電;

低価格;

環境への汚染はありません。

リン酸鉄リチウム電池の応用

リン酸鉄リチウムパワーバッテリーは、上記の特性を持ち、さまざまな容量のバッテリーを生成するため、まもなく広く使用されるようになります。その主な応用分野は次のとおりです。

大型電気自動車：バス、電気自動車、観光名所、ハイブリッド車など。

軽電気自動車：電気自転車、ゴルフカート、小型フラットベッド電気自動車、フォークリフト、清掃車、電動車椅子など。

電動工具：電気ドリル、チェーンソー、芝刈り機など。

車、ボート、航空機、その他のおもちゃのリモートコントロール。

太陽光および風力エネルギー貯蔵装置;

UPSおよび非常灯、警告灯および地雷灯（最高の安全性）。

カメラ（同じサイズ）の3V使い捨てリチウム電池と9Vニッケルカドミウムまたはニッケル水素充電式電池を交換してください。

小型医療機器や携帯機器など。

鉛蓄電池の代わりにリン酸鉄リチウム電池を使用した例を次に示します。鉛蓄電池は36V / 10Ah（360Wh）を採用し、重量12kg、歩行距離約50km、充電約100回、使用時間約1年。リン酸鉄リチウムパワーバッテリーを使用する場合、同じ360Whエネルギー（12個の10Ahバッテリーを直列に接続）が使用され、重量は約4kgです。バッテリーは約80kmの歩行で1回充電でき、充電時間は最大1000回です。耐用年数は最大3〜5年です。リン酸鉄リチウム電池は鉛蓄電池よりもはるかに高価ですが、全体的な経済性はより良く、より軽量に使用できます。

5.バッテリー性能

リチウムイオン電池の性能は主に正極材と負極材に依存し、リチウム電池材料としてのリン酸鉄リチウムは近年のみであり、大容量リン酸鉄リチウム電池の国内開発は2005年7月です。その安全性能とサイクル寿命は他の材料と比較することはできません、これらはパワーバッテリーの最も重要な技術的指標です。 1Cのサイクル寿命は最大2000倍です。単一バッテリーの過充電電圧30Vは燃焼せず、パンクは爆発しません。大容量リチウムイオン電池を直列で使いやすくするためのリン酸鉄リチウムアノード材料。電気自動車の頻繁な充電と放電のニーズを満たすために。新世代のリチウムイオン電池にとって理想的なアノード材料です。

このプロジェクトは、ハイテクプロジェクトにおける機能性エネルギー材料の開発に属し、国家「863」計画、「973」計画、および「第11次5カ年」ハイテク産業開発計画の主要な支援分野です。

リン酸鉄リチウム材料の安全性能とサイクル寿命は、リチウムイオン電池の最も重要な技術的指標です。 1Cの充電および放電サイクル寿命は2000回を達成でき、パンクは爆発せず、過充電は燃焼および爆発しにくいです。リン酸鉄リチウムアノード材料で作られた大容量リチウムイオン電池は、直列で使用する方が簡単です。

6.科学研究アプリケーション

リン酸鉄リチウム電池

従来のリチウムイオン電池に取って代わる可能性のある新しい電池に関する最近の報告が殺到し、携帯電話やタブレットの電池寿命を延ばすことが期待されていますが、その多くはラボに残っており、いつ、あるいはそうなるかは明らかではありません。大規模な商用利用の準備をしてください。 2012年8月、新エネルギー会社DebochTEC.GmbHは、鉄含有リチウム電池という別の新エネルギー技術を現実に近づけました。

DebochTEC。 GmbH、リン酸鉄リチウム電池技術によると、複合ナノ材料の使用で公開されたホワイトペーパー、単一セクション32650仕様（直径32mm /長さ65mm）電池は、6000 mah、エネルギー密度、および現在の業界32650まで上昇できます。単一セクション5000mahの仕様の仕様は、同じボリュームが1000 mah増加し、20％にもなるのに対し、セクション1では4秒の携帯電話をほぼ4回充電できます。

さらに、単一の低倍率の充電および放電環境で使用した場合、バッテリーの電力は最大3,000サイクル後も約80％のままですが、通常のリチウム電池は約500回充電できます。 3日ごとの充電と放電によると、24年間使用でき、真の長寿命バッテリーです。

この新しいバッテリー技術は、ポータブルポータブル電源、小型UPS、ラップトップバッテリー、カーバッテリー、その他の機器で広く使用できます。さらに、DebochTEC。民生用自動車の分野では、青色が2,500回使用されています。グリーンの2000倍は、小型のポータブルモバイルデバイスに適しています。

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