テスラは2021年第3四半期決算報告で、自社車両の新たな標準バッテリーとしてリン酸鉄リチウム（LiFePO4）バッテリーへの移行を発表した。しかし、LiFePO4バッテリーとは一体何なのだろうか？
ニューヨーク州ニューヨーク、2022年5月26日 /EINPresswire.com / — これらはリチウムイオン電池のより良い代替品となるのでしょうか？これらの電池は他の電池とどのように異なるのでしょうか？
リン酸鉄リチウム電池の概要
リン酸鉄リチウム（LFP）電池は、充電・放電速度が速いリチウムイオン電池です。正極にリン酸鉄リチウム（LiFePO4）、負極に金属裏打ち付き黒鉛炭素電極を用いた充電式電池です。
リン酸鉄リチウム（LiFePO4）電池は、リチウムイオン電池よりもエネルギー密度が低く、動作電圧も低い。放電率が低く、放電特性曲線は水平方向を示し、リチウムイオン電池よりも安全である。これらの電池は、リン酸鉄リチウム電池とも呼ばれる。
リン酸鉄リチウム電池の発明
リン酸鉄リチウム電池は、ジョン・B・グッドイナフとアルムガム・マンティラムによって発明されました。彼らは、リチウムイオン電池に使用される材料を最初に特定した人物の一人です。負極材料は、すぐに短絡する傾向があるため、リチウムイオン電池には理想的ではありません。
科学者たちは、正極材料がリチウムイオン電池の正極材料と比較して優れていることを発見した。これは特にLiFePO4電池において顕著である。これらの材料は安定性と導電性を向上させ、その他様々な特性を改善する。
近年、リン酸鉄リチウム（LiFePO4）電池はあらゆる場所で見られ、船舶、太陽光発電システム、自動車など、さまざまな用途で利用されています。LiFePO4電池はコバルトを含まず、他の多くの電池よりも安価です。また、無毒性で、長期保存が可能です。
LFPバッテリーの仕様 -
LFP電池におけるバッテリー管理システムの機能
LFPバッテリーは、単にセルが連結されただけの構造ではありません。バッテリーが安全な範囲内に維持されるようにするシステムを備えています。バッテリー管理システム（BMS）は、動作条件下でバッテリーを保護、制御、監視することで、安全性を確保し、バッテリー寿命を延ばします。
LFPバッテリーにおけるバッテリー管理システムの機能 -
リン酸鉄リチウム電池は比較的耐性が高いものの、充電中に過電圧が発生しやすく、性能が低下するという欠点がある。正極材が劣化し、安定性を失う可能性もある。BMS（バッテリー管理システム）は各セルの出力を制御し、バッテリーの最大電圧を維持する。
電極材料が劣化すると、低電圧が深刻な問題となります。いずれかのセルの電圧が規定のしきい値を下回ると、BMS（バッテリー管理システム）はバッテリーを回路から切り離します。また、過電流状態におけるバックアップとしても機能し、短絡時には動作を停止します。
リン酸鉄リチウム電池 vs. リチウムイオン電池
リン酸鉄リチウム（LiFePO4）電池は、腕時計などのウェアラブルデバイスには適していません。他のリチウム電池に比べてエネルギー密度が低いためです。しかし、太陽光発電システム、キャンピングカー、ゴルフカート、バスボート、電動バイクなどには最適です。
★これらのバッテリーの主な利点の1つは、サイクル寿命の長さです。
これらのバッテリーは、他のバッテリーよりも4倍以上長持ちします。安全性が高く、最大100%の放電深度まで対応できるため、より長期間使用できます。
以下に、これらのバッテリーがリチウムイオンバッテリーよりも優れた代替品である理由をさらに挙げます。
★低価格
LFP電池は鉄とリンで構成されており、これらは大規模に採掘され、安価である。LFP電池のコストは、ニッケルを多く含むNMC電池に比べて1kgあたり最大70%低いと推定されている。その化学組成がコスト面での優位性をもたらしている。LFP電池のセル価格は、2020年に初めて1kWhあたり100ドルを下回った。
★環境への影響が少ない
LFP電池は、高価で環境負荷の大きいニッケルやコバルトを含んでいません。また、充電式であるため、環境に優しい電池と言えます。
★効率とパフォーマンスの向上
LFPバッテリーは長寿命で知られており、長期間にわたって安定した電力出力を必要とする用途で広く利用されています。これらのバッテリーは他のリチウムイオンバッテリーに比べて容量低下率が低いため、長期にわたって性能を維持することができます。さらに、動作電圧が低いため、内部抵抗が少なく、充放電速度も速くなります。
★安全性と安定性の向上
LFP電池は熱的にも化学的にも安定しているため、爆発や発火の可能性が低い。LFPはニッケルを多く含むNMCに比べて発熱量が6分の1に抑えられる。LFP電池ではCo-O結合がより強いため、短絡や過熱が発生した場合でも酸素原子の放出速度が遅い。さらに、満充電状態の電池にはリチウムが残らないため、他のリチウム電池に見られる発熱反応に比べて酸素損失に対する耐性が非常に高い。
★小型軽量
LFPバッテリーは、リチウムマンガン酸化物バッテリーに比べて約50%軽量です。鉛蓄電池と比べると最大70%も軽量です。LiFePO4バッテリーを車両に使用すると、燃費が向上し、機動性も高まります。また、小型でコンパクトなため、スクーター、ボート、キャンピングカー、産業用途など、様々な用途でスペースを節約できます。
リン酸鉄リチウム電池と非リチウム電池の比較
非リチウム電池には多くの利点があるが、旧技術は高価で効率も低いため、新しいLiFePo4電池の将来性を考えると、中期的には置き換えられる可能性が高い。
☆鉛蓄電池
鉛蓄電池は一見コスト効率が良いように見えるかもしれませんが、長期的にはかえって高くつくことになります。これは、鉛蓄電池は頻繁なメンテナンスと交換が必要となるためです。一方、リン酸鉄リチウム（LiFePO4）電池は、メンテナンス不要で2～4倍長持ちします。
☆ゲル電池
ゲル電池は、LiFePO4電池と同様に、頻繁な充電を必要とせず、保管中に放電することもありません。しかし、ゲル電池は充電速度が遅いため、破損を防ぐために満充電になったらすぐに接続を解除する必要があります。
☆AGMバッテリー
AGMバッテリーは容量が50%以下になると損傷するリスクが高いのに対し、LiFePO4バッテリーは完全に放電しても損傷するリスクがありません。また、LiFePO4バッテリーは充電状態を維持するのが難しいという欠点もあります。
リン酸鉄リチウム電池の用途
LiFePO4電池には、以下のような多くの有用な用途があります。
●釣り用ボートとカヤック：充電時間が短縮され、稼働時間が長くなるため、水上で過ごす時間が増えます。軽量化により操作性が向上し、ハイレベルな釣り大会でもスピードバンプとして役立ちます。
●電動スクーターとモペット：重りがなく、スピードを落とすことがありません。バッテリーをフル充電せずに、急な外出にも対応できます。
●ソーラー構成：軽量のLiFePO4バッテリーをどこへでも持ち運んで（山の上や電力網から離れた場所でも）、太陽のエネルギーを利用できます。
●業務用：これらは最も安全で頑丈なリチウム電池であり、床洗浄機、リフトゲートなどの産業用途に最適です。
さらに、リン酸鉄リチウム電池は、懐中電灯、電子タバコ、無線機器、非常用照明など、その他多くの機器の電源としても使用されています。
大規模LFP導入の可能性
LFP電池は他の電池に比べて安価で安定性も高いものの、エネルギー密度が普及の大きな障壁となっていた。LFP電池のエネルギー密度は15～25%と非常に低い。しかし、上海製のモデル3のように電極を厚くすることで、エネルギー密度は359Wh/リットルにまで向上し、この状況は変わりつつある。
LFP電池は寿命が長いため、同重量のリチウムイオン電池よりも容量が大きい。つまり、これらの電池のエネルギー密度は時間とともに似通っていくことになる。
普及を阻むもう一つの障壁は、中国が多数のLFP特許を保有しているため、市場を独占していることである。これらの特許が期限切れになるにつれ、自動車製造と同様に、LFPの生産も現地化されるのではないかという憶測が広がっている。
フォード、フォルクスワーゲン、テスラといった大手自動車メーカーは、ニッケルやコバルトを主成分とするバッテリーをこの技術に置き換えることで、その活用を拡大している。テスラが四半期決算発表で最近行った発表は、その始まりに過ぎない。テスラはまた、エネルギー密度と航続距離が向上した4680バッテリーパックについても簡単に説明した。さらに、テスラは「セル・トゥ・パック」構造を採用することで、より多くのセルを凝縮し、エネルギー密度を低く抑える可能性もある。
その古さにもかかわらず、LFPバッテリーコストの削減は、電気自動車の普及を加速させる上で極めて重要となる可能性がある。2023年までに、リチウムイオン電池の価格は1kWhあたり100ドル近くになると予想されている。リン酸鉄リチウム電池（LFP）の登場により、自動車メーカーは価格だけでなく、利便性や充電時間といった要素を重視できるようになるかもしれない。
投稿日時：2022年6月24日