リン酸鉄リチウム電池は、正極材料としてリン酸鉄リチウム（LiFePO4）、負極材料としてカーボンを使用したリチウムイオン電池です。
充電プロセスでは、リン酸鉄リチウム中のリチウムイオンの一部が抽出され、電解液を介して負極に移動し、負極炭素材料に埋め込まれます。同時に、正極から電子が放出され、外部回路から負極に到達することで化学反応のバランスが維持されます。放電プロセスでは、負極からリチウムイオンが抽出され、電解液を介して正極に到達します。同時に、負極は電子を放出し、外部回路から正極に到達することで外部にエネルギーを提供します。
LiFePO4 バッテリーには、動作電圧が高く、エネルギー密度が高く、サイクル寿命が長く、安全性能が優れ、自己放電率が低く、メモリ効果がないなどの利点があります。
バッテリーの構造的特徴
リン酸鉄リチウム電池の左側は、オリビン構造LiFePO4材料で構成された正極で、アルミ箔によって電池の正極に接続されています。右側は、炭素（グラファイト）で構成された電池の負極で、銅箔によって電池の負極に接続されています。中央には、正極と負極を隔てるポリマーセパレーターがあり、リチウムイオンはセパレーターを通過できますが、電子は通過できません。電池内部は電解液で満たされ、金属ケースによって密閉されています。
リン酸鉄リチウム電池の特徴
より高いエネルギー密度
報道によると、2018年に量産された角型アルミシェルリン酸鉄リチウム電池のエネルギー密度は約160Wh/kgです。2019年には、優れた電池メーカーが175～180Wh/kgのレベルに達する可能性があります。チップ技術と容量の大型化により、185Wh/kgに達する可能性もあります。
優れた安全性能
リン酸鉄リチウム電池の正極材料の電気化学性能は比較的安定しており、安定した充放電プラットフォームを備えていると判断されます。そのため、充放電プロセス中に電池の構造が変化することはなく、燃焼や爆発の恐れもありません。充電、圧迫、圧迫などの特殊な条件下でも、非常に安全です。
長いサイクル寿命
リン酸鉄リチウム電池の1Cサイクル寿命は一般的に2,000回、場合によっては3,500回以上に達しますが、エネルギー貯蔵市場では4,000～5,000回以上のサイクル寿命が求められ、8～10年の耐用年数を保証します。これは三元系電池の1,000サイクルを上回ります。長寿命鉛蓄電池のサイクル寿命は約300回です。
リン酸鉄リチウム電池の産業応用
新エネルギー自動車産業の応用
我が国の「省エネ・新エネルギー自動車産業発展計画」では、「我が国の新エネルギー自動車発展の総目標は、2020年までに新エネルギー自動車の累計生産・販売台数が500万台に達し、我が国の省エネ・新エネルギー自動車産業規模が世界のトップクラスとなることである」と提唱されている。リン酸鉄リチウム電池は、安全性が高く、コストが低いなどの利点があるため、乗用車、物流車両、低速電気自動車などに広く使用されている。政策の影響を受けて、エネルギー密度の利点を持つ三元系電池が優位を占めているが、リン酸鉄リチウム電池は依然として乗用車、物流車両などの分野でかけがえのない優位性を占めている。乗用車分野では、2018年の「新エネルギー自動車普及応用推奨モデル目録」（以下、「目録」という）第5回、第6回、第7回において、リン酸鉄リチウム電池がそれぞれ約76％、81％、78％を占め、依然として主流を維持している。特殊車両分野では、2018年の「目録」第5回、第6回、第7回において、リン酸鉄リチウム電池がそれぞれ約30％、32％、40％を占め、適用割合は徐々に増加している。
中国工程院院士の楊宇勝氏は、長距離電気自動車市場におけるリン酸鉄リチウム電池の採用は、車両の安全性を向上させるだけでなく、長距離電気自動車の市場化を促進し、純電気自動車の走行距離、安全性、価格、コストに関する不安を解消できると考えています。充電やそれに伴うバッテリーの問題などです。2007年から2013年にかけて、多くの自動車会社が長距離電気自動車のプロジェクトを立ち上げました。
電源でアプリケーションを起動する
スターター用リン酸鉄リチウム電池は、動力用リチウム電池の特性に加え、瞬時に高出力を出力する能力も備えています。従来の鉛蓄電池は、1キロワット時未満のエネルギーを持つ動力用リチウム電池に置き換えられ、従来のスターターモーターと発電機はBSGモーターに置き換えられます。アイドリングストップ機能だけでなく、エンジン停止と惰性走行、惰性走行とブレーキエネルギー回収、加速ブースター、電動クルーズなどの機能も備えています。
エネルギー貯蔵市場におけるアプリケーション
LiFePO4 バッテリーは、高い動作電圧、高いエネルギー密度、長いサイクル寿命、低い自己放電率、メモリ効果なし、グリーン環境保護など、一連の独自の利点があり、無段階拡張をサポートし、大規模な電気エネルギー貯蔵に適しており、再生可能エネルギー発電所では、発電の安全なグリッド接続、電力網ピーク調整、分散型発電所、UPS 電源、緊急電源システムの分野で優れた応用見通しがあります。
国際市場調査機関GTMリサーチが最近発表した最新のエネルギー貯蔵レポートによると、2018年に中国で導入された送電網側エネルギー貯蔵プロジェクトのせいで、リン酸鉄リチウム電池の消費量は引き続き増加した。
エネルギー貯蔵市場の台頭に伴い、近年、一部の動力電池企業はエネルギー貯蔵事業を展開し、リン酸鉄リチウム電池の新たな応用市場を開拓しています。一方で、超長寿命、安全使用、大容量、グリーン環境保護などの特性により、リン酸鉄リチウムはエネルギー貯蔵分野への展開が可能であり、バリューチェーンの拡張と新たなビジネスモデルの確立を促進します。他方、リン酸鉄リチウム電池を支えるエネルギー貯蔵システムは、市場で主流の選択肢となっています。報道によると、リン酸鉄リチウム電池は、電気バス、電気トラック、ユーザー側および系統側の周波数調整への利用が試みられています。
1. 風力発電や太陽光発電などの再生可能エネルギー発電は、系統に安全に接続されています。風力発電は、その固有のランダム性、間欠性、変動性により、その大規模開発は電力システムの安全な運用に重大な影響を及ぼすことが避けられません。風力発電産業の急速な発展に伴い、特に我が国の風力発電所の多くは「大規模集中開発・長距離送電」であり、大規模風力発電所の系統接続発電は、大規模電力網の運用・制御に深刻な課題をもたらしています。
太陽光発電は、周囲温度、太陽光の強さ、気象条件の影響を受け、ランダムに変動する特性があります。我が国は、「分散型開発、低電圧現地アクセス」と「大規模開発、中高電圧アクセス」という開発傾向を示しており、電力網のピーク調整と電力システムの安全な運用に対するより高い要件を提示しています。
そのため、大容量エネルギー貯蔵製品は、電力系統と再生可能エネルギー発電の矛盾を解決するための重要な要素となっています。リン酸鉄リチウム電池エネルギー貯蔵システムは、動作条件の迅速な変換、柔軟な動作モード、高効率、安全性と環境保護、そして強力な拡張性などの特徴を備えています。局所的な電圧制御の問題を解決し、再生可能エネルギー発電の信頼性と電力品質を向上させ、再生可能エネルギーを持続的で安定した電力供給源へと導きます。
容量と規模の継続的な拡大、そして統合技術の継続的な成熟により、エネルギー貯蔵システムのコストはさらに低下するでしょう。長期的な安全性と信頼性の試験を経て、リン酸鉄リチウム電池エネルギー貯蔵システムは、風力発電や太陽光発電などの再生可能エネルギーへの応用が期待されています。エネルギー発電の安全な系統接続と電力品質の向上に広く利用されています。
2. 電力網のピーク調整。電力網のピーク調整の主な手段は、これまで揚水発電所でした。揚水発電所は、上池と下池という2つの貯水池を建設する必要があり、地理的条件によって大きく制限されるため、平野部への建設は容易ではなく、敷地面積も大きく、メンテナンスコストも高額です。揚水発電所に代わるリン酸鉄リチウム電池エネルギー貯蔵システムは、電力網のピーク負荷に対応し、地理的条件に制約されず、立地条件も自由で、投資額も少なく、土地占有率も低く、メンテナンスコストも低いため、電力網のピーク調整プロセスにおいて重要な役割を果たすでしょう。
3. 分散型発電所。大規模電力網自体の欠陥により、電力供給の品質、効率、安全性、信頼性の要件を保証することが困難です。重要な部署や企業では、バックアップや保護のために二重電源、さらには多重電源が必要になることがよくあります。リン酸鉄リチウム電池エネルギー貯蔵システムは、電力網の故障やさまざまな予期せぬ事態による停電を軽減または回避し、病院、銀行、指揮統制センター、データ処理センター、化学材料産業、精密製造産業において安全で信頼性の高い電力供給を確保し、重要な役割を果たします。
4 UPS電源。中国経済の持続的かつ急速な発展により、UPS電源ユーザーのニーズは分散化しており、より多くの業界と企業がUPS電源に対する継続的な需要を抱えています。
鉛蓄電池と比較して、リン酸鉄リチウム電池は、サイクル寿命が長く、安全性と安定性があり、環境に優しく、自己放電率が低いなどの利点があり、広く使用されるでしょう。
他の分野への応用
リン酸鉄リチウム電池は、優れたサイクル寿命、安全性、低温性能などの利点から、軍事分野でも広く利用されています。2018年10月10日、山東省のある電池メーカーが青島市で開催されている第1回軍民融合技術革新成果展に出展し、-45℃の軍用超低温電池をはじめとする軍事製品を展示しました。
投稿日時: 2022年4月7日
