リン酸鉄リチウム対。リチウムイオン：違いと利点

序章

今日のポータブル ガジェットは、リチウム イオンとリン酸鉄リチウムの 2 種類の電池を使用しています。それらの間には一定の類似点がありますが、高エネルギー密度、長いライフサイクル、および安全性の点で大きな違いがあります。ほとんどの人は携帯電話、タブレット、またはコンピューターを所有しているため、リチウムイオン技術に精通していることは間違いありません。安価なコンポーネントと高温での回復力により、リン酸鉄リチウム電池は、製造業で人気を集めている最近の形態の電池です。

リチウムイオン電池はどのように機能しますか?

充電式リチウム イオン バッテリーは、他のバッテリーと同様に、セルと呼ばれる 1 つまたは複数の発電コンパートメントから構成されています。基本的に、各セルは 3 つの部分で構成されています。正極と電池の正極または + 端子の間にある電解質と、一方が負極端子に接続され、もう一方が正極端子に接続されている 2 つの電極です。古いバッテリーでは、より一般的なリチウム-コバルト酸化物 (LiCoO2) の化学的組み合わせ (LiFePO4) の代わりに、リン酸鉄リチウムが正極として使用されます。電解質はバッテリーの種類によって異なり、負極は通常、炭素 (グラファイト) で形成されますが、これらの違いは、バッテリーの動作の基本を理解する上で重要ではありません。

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ほとんどのリチウムイオン電池は、同様の方法で動作します。リチウム コバルト酸化物で作られた正極は、バッテリーの充電中にリチウム イオンの一部を放出します。これらのリチウムイオンは、電解液を通ってグラファイトでできた負極に流れ、そこに留まります。このプロセスを通じて、バッテリーはエネルギーを吸収して蓄えます。バッテリーに電力を供給するエネルギーは、放電中にバッテリー内のリチウムイオンが電解質全体を移動して正極に戻るときに生成されます。いずれの場合も、電子はイオンが移動する方向に外側の回路を一周します。電解質は電子に対して効果的な絶縁バリアとして機能するため、電子は通過できません。

1 つのプロセス (電解質を通るイオンの通過) と別のプロセス (反対方向の外部回路を横切る電子の移動) は相互に依存するプロセスであり、1 つが停止すると、もう 1 つも停止します。完全に放電されたバッテリーは、電子が外部回路を通過するのを防ぎます。したがって、イオンが電解質を通過しなくなると、電力が失われます。バッテリが電力を供給しているデバイスの電源を切ると、イオンと電子の流れが停止するのと同様です。バッテリーからの高い放電率は事実上停止します。

リチウムイオン電池は、他のタイプの電池とは対照的に、充電と放電の方法を制御する電子コントローラーが組み込まれています。場合によっては、リチウムイオン電池の過充電や過熱により爆発が発生する可能性がありますが、爆発を防ぎます。

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リン酸鉄リチウム電池の利点は何ですか?

以前の鉛酸 (LA) バッテリーやその他のリチウム イオン バッテリー技術と比較して、LiFePO4 には大きな利点があります。電気推進の最も価値のあるオプションの 1 つはバッテリーを使用することです。バッテリーは軽量で、メンテナンスが不要で、充電と放電の特性が優れており、寿命が大幅に長いためです。

また、LiFePO4 は、定格電流が高く、サイクル寿命が長く、漏れや発火のリスクがなく、理想的ではない充電および放電サイクルに対する許容度も備えています。

高効率

LiFePO4 電池は非常に効果的ですが、なぜでしょうか?リン酸鉄リチウム (LiFePO4) は、特にレクリエーション用車両や小型商用船の推進用に、代替のリチウム イオンまたは鉛蓄電池を使用するシステムと同様の比較で、優れた品質の組み合わせを提供します。

LA 化学や他のタイプのリチウム電池と比較すると、LiFePO4 電池は、性能を維持しながら、放電および充電効率が向上し、ディープ サイクル能力が向上しています。

キールアップによるパフォーマンスの向上

リン酸鉄リチウム電池 (LiFePO4) は、寿命が長く、自己放電率が低く、軽量で、電池容量が大きいため、電気自動車用電池の開発を開始するのに最適な場所です。

長寿命

所有者は、ガソリンまたはディーゼル エンジン システムを搭載した車両で、2 ～ 3 年ごとにモーターを交換する必要があるとは考えていません。その結果、電気自動車の所有者にバッテリーパック全体を定期的に交換するよう要求するのは、少し不誠実に思えます。

LA バッテリーが使用された場合、この過酷なメンテナンス スケジュールにより、電気推進オプションを擁護することは非常に困難になります。リン酸鉄リチウム (LiFePO4) で作られたバッテリー システムは、化石燃料を動力源とするシステムよりも優れた性能を発揮できるようになりました。

充電プロセスの高速化

LiFePO4 バッテリーは、鉛蓄電池の 4 倍のエネルギー密度を持ち、鉛蓄電池の 5 倍の速さで充電できるため、鉛蓄電池やその他のリチウム電池よりも急速に充電されます。

LiFePO4 バッテリーのサイクル寿命は、一部のリチウム イオン バッテリーよりも最大 5 倍長く、多くの場合、パフォーマンスを著しく低下させることなく 5000 サイクルを超えます。 LiFePO4 バッテリ パックは、損傷や性能の低下なしに完全に放電できます。

軽量

鉛蓄電池と比較して、リン酸鉄リチウム (LiFePO4 または LFP) 化学物質は、最大 70% の軽量化で約 50% 大きい使用可能な電気容量を提供します。さらに、LiFePO4 バッテリーの重さは、リチウム マンガン酸化物 (LMO) バッテリーの約半分であり、一部のリチウム イオン バッテリーよりも軽量です。

バッテリー パックの小型化、未使用スペースの削減、推進システムの軽量化はすべて、LiFePO4 のより高い出力対重量比の利点であり、インテリア デザインの選択肢を増やし、ボートの性能と電気効率を向上させます。

ゼロメンテナンス

リン酸鉄リチウム電池は、鉛酸電池とは対照的に、寿命を延ばすために整備する必要はありません。再充電前の不完全な放電によって、LiFePO4 バッテリーがメモリー効果を経験することはありません。

リン酸鉄リチウムはリチウムイオンよりも安全ですか?

リン酸塩で作られたバッテリーは、優れた化学的および機械的特性を持ち、危険なほど過熱することはありません。その結果、他のカソード材料で構築されたリチウムイオン電池と比較して、これは安全性を高めます。これは、LiFePO4 の物理的に同一で非常に堅牢な荷電状態と非荷電状態によるもので、充電サイクルまたは潜在的な障害に伴って発生する酸素フラックスの間、イオンを一定に保つことができます。リン酸鉄-酸化鉄結合は、一般にコバルト-酸化結合よりも強いため、バッテリーが過充電または損傷した場合に構造的に安定しています。対照的に、他のリチウム化学では、結合が分解し始めて過剰な熱を放出し、最終的に熱暴走を引き起こします。

リン酸リチウム電池の不燃性は、充電中または放電中の誤った取り扱いのイベント以外の重要な特性です。また、厳しい寒さ、うだるような暑さ、険しい地形などの異常気象にも耐えることができます。衝突や短絡などの危険な状況にさらされても爆発したり発火したりしないため、怪我の可能性が低くなります。リチウム電池を選択していて、危険または不安定な状況で使用したい場合は、おそらく LiFePO4 が最良の選択肢です。また、LiFePO4 バッテリーは無毒で汚染がなく、希土類金属を含まないため、環境に優しいオプションであることに注意することも重要です。