LiFePO4バッテリーの動作原理と8つの利点

LiFePO4電池とは、LiFePO4を陽極材料として使用するリチウムイオン電池の一種で、リチウムイオン電池の陽極材料は、主にコバルト酸リチウム、リチウムマンガン酸リチウム、ニッケル、三元材料、LiFePO4などを含みます。

リチウムイオン電池は非常にLiFePO4材料であり、その安全性能とサイクル寿命には大きな利点があります。これは、パワーバッテリーの最も重要な技術的指標の1つです。1cインフレーションサイクル寿命は2000回実行でき、パンクは爆発せず、過充電時に燃焼や爆発が容易ではありません。LiFePO4カソード材料により、大容量リチウムイオン電池をより多く製造し、直列に使用します。

LiFePO4電池は、リチウムイオン電池の陽極材料としてLiFePO4を使用することを指します。リチウムイオン電池の陽極材料は、主にコバルト酸リチウム、リチウムマンガン酸リチウム、ニッケル、三元材料、LiFePO4などです。コバルト酸リチウムは現在です。リチウムイオン電池のカソード材料のほとんど。材料から、LiFePO4は一種の埋め込み、埋め込みプロセスであり、原理とコバルト酸リチウムマンガン酸リチウムはまったく同じです。

1はじめに

LiFePO4バッテリーはリチウムイオン二次バッテリーに属し、主な用途はパワーバッテリーに使用され、相対的なNI MH、NICdバッテリーには大きな利点があります。

LiFePO4バッテリーの充電および放電効率は高く、充電および放電効率に対する放電ケースは90％以上に達する可能性がありますが、鉛蓄電池は約80％です。

28つの利点

セキュリティのパフォーマンスを向上させるため

P中のLiFePO4結晶-固体Oキー、高温または過充電でも分解が困難で、コバルト酸リチウム構造の崩壊熱または強力な酸化性物質が気に入らないため、安全性が高いと報告されています。または短絡実験では、少数のサンプルで燃焼現象が見られましたが、爆発は発生せず、高電圧充電の放電電圧を大幅に超える数倍の過充電実験では、爆発物があることがわかりました。液体電解質コバルト酸リチウム電池は、大幅に改善されました。

生活の向上

LiFePO4電池とは、リチウムイオン電池のアノード材料としてLiFePO4を使用することを指します。

鉛蓄電池のライフサイクル寿命は約300倍、最高は500倍、LiFePO4パワーバッテリーはサイクル寿命が2000倍以上、標準充電速度（5時間）で2000倍になります。鉛蓄電池の品質は「新品半年、半年、メンテナンス、メンテナンス、半年」で、最長で1〜1。5年ですが、同じ条件下で使用されるLiFePO4バッテリーは、寿命の理論に到達します。 7〜8年。総合的に考えると、鉛蓄電池の理論上の価格性能比は4倍以上。大電流放電は2Cの急速充電と放電電流になり、特別な充電器の下では1.5Cでバッテリーを充電できます。 40分、始動電流は最大2 Cで、鉛蓄電池が性能です。

高温性能は良好です

LiFePO4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℃でのみ動作します。広い動作温度範囲（20c ------ + 75c）は、の高温耐性を備えています。 LiFePO4の電気ピークは最大350℃から500℃、リチウムコバルトとリチウムマンガンの酸と酸は約200℃のみです。

大容量

通常のバッテリー（鉛蓄電池など）よりも容量が大きい。単一容量は5 ah〜1000ah。

メモリー効果なし

充電式電池は、仕事をしないでいっぱいになることが多く、容量が定格容量値よりも急激に低下します。この現象をメモリー効果と呼びます。ニッケルカドミウム電池、LiFePO4電池などの電池にはありません。この現象は、どのような状態のバッテリーでも、充電量が増えると使用できる量が増えるため、最初に充電する必要はありません。

軽量

LiFePO4バッテリーの容量の同じ仕様は、鉛蓄電池の3分の2のサイズであり、重量は鉛蓄電池の3分の1です。

環境を守ること

バッテリーは一般的に重金属やレアメタル（レアメタルのニッケルメタル水素バッテリー）を含まず、無毒（SGS認証による）、汚染なし、ヨーロッパのRoHSに準拠していると見なされており、完全にグリーンバッテリーの証明書です。リチウム電池は、主に環境への配慮から業界で支持されているため、第10回5年間の国家ハイテク開発計画で「863」に記載された電池は、国家の主要なサポートとなり、プロジェクトの開発を促進しています。中国のWTOへの加盟、電動自転車の中国の輸出は急速に増加し、電動自転車のヨーロッパと米国への汚染からのバッテリーの装備を求めています。

しかし、専門家によると、主に非標準の製造プロセスとリサイクルにおける環境汚染によって引き起こされる鉛酸バッテリー。同様に、リチウムバッテリーは新エネルギー産業に属しますが、重金属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処理では、ほこりや水に放出される可能性があります。バッテリー自体は一種の化学物質であるため、2種類の汚染を引き起こす可能性があります。は廃棄物汚染の生産工学プロセスです。2バッテリー汚染後に廃棄されます。

LiFePO4電池にも欠点があります。たとえば、タップ密度が小さい、コバルト酸リチウムや他のリチウムイオン電池よりもLiFePO4電池の容量などのアノード材料が少ないなど、低温性能が悪いため、利点がありません。また、パワーバッテリー、LiFePO4バッテリー、その他のバッテリーに使用する場合は、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コントラスト

現在、パワータイプのリチウムイオン電池のカソード材料で最も有望な用途は、基本的にリチウムマンガン酸（LiMn2O4）、LiFePO4（LiFePO4）、ニッケルコバルトマンガン酸リチウム（Li（Ni、Co、Mn）O2）の三元材料を修飾したニッケルコバルトマンガン酸リチウムコバルト三元材料は、資源が不足し、ニッケルとコバルトが価格変動が大きく大きいため、パワータイプのリチウムイオン電池が主流の電気自動車になるのは難しいと一般に考えられていますが、スピネルリチウムを使用できますマンガン酸が一定の範囲で混合されています。

業界アプリケーション

コーティングされたカーボンフォイルは、リチウム電気業界の技術革新と業界のアップグレードをもたらします。リチウム電気製品のパフォーマンスを向上させ、放電率を向上させます。

国内の電池メーカーの電池性能に対する要求は日々高まっており、一般に国内の新エネルギー電池材料である導電性材料、導電性コーティングアルミホイルおよび銅箔によって認識されています。

その利点は次のとおりです。電池材料の処理では、多くの場合、高いレートの充電と放電のパフォーマンスが良好で、比容量が大きくなりますが、サイクルの安定性は低く、減衰は理由のために深刻に待機し、あきらめることを選択する必要があります。

これは魔法のコーティングであり、新しい時代にバッテリーの性能を向上させるでしょう。

導電性コーティングは、ナノ導電性グラファイトコーティング粒子などを分散させることで優れています。優れた静的導電性を提供でき、保護エネルギー吸収層の層です。また、優れたカバー保護性能を提供できます。耐水性および耐溶剤性のコーティングが可能です。アルミニウム、銅、ステンレス鋼、アルミニウムおよびチタンプレートで使用されます。

リチウムイオン電池の性能にコーティングされたカーボンコーティングと次のプロモーション：

1.動的抵抗が増加する過程で、バッテリーの内部抵抗、充電および放電サイクルの抑制を減らします。

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.接着剤の活物質と流体の収集を改善し、ポールピースの製造コストを削減します。

4.分極を減らし、レート性能を改善し、加熱効果を減らします。

5.電解液が流体の腐食を引き起こすのを防ぐため。

6.包括的な要素であり、バッテリーの耐用年数を延ばします。

7.コーティングの厚さ：従来のシングル1〜3ミクロンの厚さ。

近年の日本と韓国では、トヨタやパナソニックインフラソニックエナジーなどの合弁会社新神戸のパワー型リチウムイオン電池のアノード材料として、ニッケルコバルトマンガン酸リチウムマンガン酸リチウム三元材料の改質と主な開発が行われています。モーター、NEC、日立、SONY、Saxony、Samsung、LGなど。

A123システムズ、ヴァランスなどのLiFePO4パワータイプ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パワータイプリチウムイオンバッテリーカソード材料システムの選択であり、それはマンガン酸リチウム材料の検討分野のA123社、ドイツおよび他のヨーロッパ諸国は、主に他国とのバッテリー会社の協力を採用して、ダイムラーとフランスのサフト同盟、ドイツのフォルクスワーゲン、日本ザクセンなどの電気自動車を開発していると述べた協力協定等現在、ドイツのフォルクスワーゲンとフランスのルノーSAは、政府の支援を受けて、パワータイプのリチウムイオン電池の開発と製造を行っています。

短所

ある種の材料は、そのメリットに焦点を当てるだけでなく、大きな潜在的なアプリケーション開発を持っていますが、さらに重要なのは、その材料に根本的な欠陥があるかどうかです。

現在、国内では一般的にLiFePO4をパワータイプのリチウムイオン電池のカソード材料として選択しており、政府、科学研究機関、企業、さらには証券アナリストなどの市場でさえ、パワータイプのリチウムイオン電池の開発方向としてこの材料に強気です。

その理由の分析は、主に次の2つのポイントがあります：最初はアメリカの研究の方向性に影響され、ValenceとA123社はLiFePO4リチウムイオン電池のカソード材料を早期に採用します。イオン電池は、マンガン酸リチウム材料の高温サイクルと貯蔵性能に優れていますが、LiFePO4の根本的な欠陥を無視することはできません。主に次のようなものがあります。

1. LiFePO4焼結プロセスの準備中に、高温および還元雰囲気下での酸化鉄の還元は、元素鉄の可能性です。元素鉄は、セルの微小短絡を引き起こす可能性があり、電池材料の中で最もタブーです。これは日本です。パワータイプのリチウムイオン電池のカソード材料の主な理由としての材料ではありません。

2. LiFePO4には、タップ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。この問題を解決するためにナノコーティングやカーボンコーティングを施しても、低温性能は劣ります。アルゴンヌ国立研究所、DonHillebrand博士、低温でのLiFePO4バッテリーの性能に関しては、説明するのがひどいですが、LiFePO4リチウムイオンバッテリーのテスト結果のタイプは、低温でのLiFePO4バッテリーを示しています（ 0℃以下）は電気自動車を作ることができませんでした。低温保持でのLiFePO4バッテリー容量は良いとメーカーが主張していますが、放電電流が小さく、放電カットオフ電圧が非常に低いです。この状態では、機器はジョブを開始できません。

3.材料費と製造費の準備が高く、電池の歩留まりが低く、一貫性が低い。材料の電気化学的特性にもかかわらず、LiFePO4ナノおよびカーボンコーティングされているが、エネルギー密度の低下やコストの上昇などの他の問題ももたらした。 Li、Fe、PのLiFePO4化学元素は非常に豊富で低コストですが、LiFePO4製品のコストは低くはありませんが、合成、電極処理性能は低く、環境やその他の問題に厳しいです。以前の研究開発費でさえ、電池の材料費と高額のプロセスは、エネルギー貯蔵電池の最終的な単価を高くします。

4.製品の一貫性。現在、国内ではLiFePO4材料工場ではこの問題を解決できません。材料調製の観点から、LiFePO4の合成反応は複雑な多目的反応であり、固体のリン酸塩、酸化鉄、リチウム塩を含みます。加えて、前駆体と炭素還元エアロゾル。複雑な反応の過程で、応答の一貫性を確保することは困難です。

5.知的財産権の問題。1993年6月25日にFXMITTERMAIER＆SOEHNEOHG（DE）がLiFePO4の特許を申請し、同年8月19日に申請が行われた。LiFePO4の根拠はすべてテキサス大学での米国による特許、およびカナダの特許出願によってコーティングされた炭素。2つの基本的な特許は過去のものではなく、計算コストのロイヤルティがあれば、製品コストはさらに改善されます。

また、リチウムイオン電池の開発と製造の経験の観点から、日本は最初の商用リチウムイオン電池の国であり、ハイエンドのリチウムイオン電池が市場を支配しています。大手と米国ですが、これまでのところ単一の大規模なリチウムイオン電池製造企業ではありません。その結果、日本は電力タイプとしてリチウムマンガン酸リチウムイオン電池のカソード材料を選択しました。米国でも、使用とリチウムパワータイプのリチウムイオン電池カソード材料のメーカーとしてのマンガン酸LiFePO4も半分であり、連邦政府も2つのシステムの開発を支援しています。

LiFePO4に存在する問題を考慮して、幅広い用途の新エネルギー車の分野でパワータイプのリチウムイオン電池カソード材料として困難です。マンガン酸リチウム貯蔵高温サイクルと貧しい人々の困難な問題を解決できればパワータイプのリチウムイオン電池の用途での低コストと高性能比の利点を備えた性能は、大きな可能性を秘めています。

6. LiFePO4バッテリーの動作原理と特性フルネームはリチウムイオンバッテリーですが、LiFePO4は長すぎてLiFePO4バッテリーと呼ばれていました。その性能は特に電力用途に適しているため、「電力」2の名前に加わります。つまり、LiFePO4パワーバッテリー。また、「リチウム鉄（LiFe）パワーバッテリー」と呼ばれることもあります。

意味

金属市場では、コバルト（Co）が最も高価で、貯蔵容量が小さく、ニッケル（Ni）、マンガン（Mn）が安価、鉄（Fe）が最も安価です。アノード材料の価格は、価格と一致しています。したがって、リチウムイオン電池のLiFePO4カソード材料の使用が最も安価であるはずです。もう1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動作）、広い動作温度範囲、無毒または低毒、環境への汚染なし.LiFePO4バッテリーのアノードとしてLiFePO4を採用することは、これらの性能要件、特に大放電率の放電（ 5〜10 c放電）、安定した放電電圧、セキュリティ、燃焼しない、爆発しない、寿命（サイクル）、環境汚染のない、それは最高であり、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バッテリー内部は、バッテリーの正極としてオリビン構造のLiFePO4であり、アルミニウム箔によってバッテリーの正極に接続され、ポリマーは、正極と負極を分離するダイアフラムの中にありますが、リチウムイオンLi +と電子e-はできませんパス、右は、カーボン（グラファイト）バッテリーカソード、銅箔、バッテリーのマイナス接続で構成されています。上面と下面の間には、バッテリー電解質バッテリー、金属ケーシング気密パッケージによるバッテリーがあります。

充電時のLiFePO4バッテリー、リチウムイオンLi +のアノードは、高分子膜を通ってカソードに移動します。放電の過程で、リチウムイオンLi +のカソードは、ダイアフラムを通って正に移動します。リチウムイオンバッテリーは、リチウムによるものです。イオンの移動と、充電および放電中の前後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、充電電圧の終端は3.6 V、終端電圧は2.0 Vです。さまざまなメーカーが正極材料と負極材料を採用しており、電解質材料の品質とプロセスが異なるため、その性能は多少異なります。同じモデル（同じ種類のパッケージング標準セル）の例では、バッテリー容量の差が大きくなります（10％〜20％）。

ここで説明するのは、さまざまな性能パラメータでのLiFePO4パワーバッテリーの工場生産の違いは、いくつかの違いがあることです。さらに、バッテリーの内部抵抗、自己放電率、充電温度、放電等

LiFePO4パワーバッテリーの容量には大きな違いがあり、3つのカテゴリーに分けることができます：小さなゼロ数から数マー、中程度の数十マー、大きな数百マー。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。小型の標準円筒形カプセル化LiFePO4パワーバッテリーを使用し、そのパラメータープロファイルサイズ：直径18 mm、650 mm（モデル18650）。

ゼロ電圧テストへの放電

STL18650（1100 mAh）LiFePO4パワーバッテリー放電を使用してゼロ電圧テストテスト条件：0.5Cの充電率で1100mAhのSTL18650バッテリーを充填し、1.0Cの放電率を使用してバッテリー電圧を0Cにします。 vバッテリーは2つのグループに分けられます：7日間のグループ、30日間の別のグループ、デポジットは0.5 Cの充電率で成熟し、1.0 Cの放電を使用します。最後に、2つのゼロ電圧ストレージ期間の違いを比較します。

テスト結果、漏れのない7日間のゼロ電圧バッテリー、良好なパフォーマンス、容量は100％; 30日間、漏れなし、パフォーマンスは良好、容量は98％;バッテリーの3回の充電と放電を行った後30日間サイクル、容量、最大100％。

このテストは、バッテリーの放電が見られても（または0 vまで）、一定の時間、バッテリーの漏れ、損傷が発生することを示しています。これは他の種類のリチウムイオンバッテリーには機能がありません。

LiFePO4バッテリーの特性

以上の紹介により、LiFePO4電池は以下の特徴をまとめることができます。

効率的な出力：標準放電は2〜5 c、連続高放電電流は最大10 c、瞬間パルス放電（10 s）は最大20cです。

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、バッテリーの燃焼、爆発、セキュリティが最適でない場合でも、優れたサイクル寿命、500サイクル後、その放電容量は95％を超えます。

ゼロボルトまで放電し、損傷はありません;急速充電が可能です;低コスト;環境への汚染はありません。

LiFePO4パワーバッテリーの用途

LiFePO4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、すぐに広く使用されます。主な用途分野は次のとおりです。

大型電気自動車：バス、電気自動車、遊覧車、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、小型フラットバッテリーカー、フォークリフト、清掃車、電気車椅子など。

電動工具：電気ドリル、電気のこぎり、芝刈り機など。

リモコンのおもちゃの車、ボート、飛行機、

太陽光および風力エネルギー貯蔵装置;

UPSと非常灯、警告灯、鉱山労働者のランプが最適です（セキュリティ）。

カメラ内の代替の3v使い捨てリチウム電池および9vニッケルカドミウムまたはニッケル金属水素充電式電池（同じサイズ）。

小型医療機器・携帯機器等

ここでは、鉛蓄電池をLiFePO4パワーバッテリーのアプリケーション例に交換します.36v / 10 ah（360 wh）の鉛蓄電池、重量12 kg、充電は約50 km、充電時間は約100です。 LiFePO4パワーバッテリーを使用する場合は、同じ360 whエネルギー（10個の12 ahバッテリーシリーズ）を使用し、重量は約4 kg、80 km程度の充電で、最大1000回の充電回数を実行できます。 、最大3〜5年の耐用年数。LiFePO4パワーバッテリーの価格は鉛蓄電池であると言われていますが、全体的な経済効果またはLiFePO4パワーバッテリーの使用はより良く、より軽いものを使用します。

バッテリー性能

リチウムイオン電池は主に正極材料の性能に依存し、近年リチウム電池材料としてLiFePO4が登場し、2005年7月に国産の大容量LiFePO4電池が登場しました。その安全性能とサイクル寿命は他の材料に並ぶものがありません。これらの中で最も重要なのは、パワーバッテリーテクノロジーインデックスです。1c2000回以上の充填サイクル寿命。単一バッテリー充電電圧30 v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バッテリーシリーズを製造するためのLiFePO4カソード材料は頻繁な充電と放電のニーズを満たすために。無毒で、汚染がなく、安全性能が良好で、原材料源があり、価格が安く、長寿命の利点が理想的です。新世代のリチウムイオン電池のカソード材料。

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

リチウムイオン電池は非常にLiFePO4材料であり、その安全性能とサイクル寿命には大きな利点があります。これは、パワーバッテリーの最も重要な技術的指標の1つです。1cインフレーションサイクル寿命は2000回実行でき、パンクは爆発せず、過充電時に燃焼や爆発が容易ではありません。LiFePO4カソード材料により、大容量リチウムイオン電池をより多く製造し、直列に使用します。

研究と応用

LiFePO4バッテリー

最近の進歩、新しいタイプのバッテリーは、従来のリチウムバッテリーレポートに取って代わることが期待されています。電話の希望を見てみましょう。タブレットのバッテリー寿命は長くなりますが、何よりも実験室の研究段階にとどまっているのは残念です。大規模なコマーシャルがいつ、あるいは言わなければならないかどうかさえ。

DebochTECで。 GmbH、複合ナノ材料を使用した後にリリースされたホワイトペーパーのLiFePO4バッテリー技術、シングルセクション32650仕様（直径32mm /長さは65mm）バッテリーは、6000 mAh、エネルギー密度、およびシングルの仕様の現在の業界32650仕様に上昇できますセクション5000mAhは、同じ音量で1000 mAh増加し、これは20％にもなりますが、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。

さらにエキサイティングなのは、使用された単一の充電および放電条件での低範囲、最大3000回のリサイクルでのバッテリー、電力は約80％のままでしたが、一般的なリチウムバッテリー充電回路は約500倍の利点です.1回によると充電と放電の計算に3日ごとに、24年間継続して使用でき、バッテリーの寿命です。

この新しいタイプのバッテリー技術は、ポータブルモバイル電源、小型UPS、ラップトップバッテリー、カーバッテリーなどのさまざまな機器、およびさまざまな使用環境であるDebochTECで広く使用できます。 GmbHはまた、異なるバッテリーの色を使用した充電回路の回数の違いに応じて：金に向けられた軍用レベル、3000回までのサイクル時間;民間自動車の分野では青、2500回;緑、2000年は小さなものに適していますポータブルモバイルデバイス。

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