リン酸鉄リチウム電池のデメリット
材料が応用・発展の可能性を秘めているかどうかは、その利点だけでなく、根本的な欠陥を持っているかどうかが鍵となります。
現在、中国ではリン酸鉄リチウムが動力用リチウムイオン電池の正極材料として広く選択されている。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楽観的であり、これが電力用リチウムイオン電池の開発の方向性であると考えています。その理由を分析すると、主に次の 2 点が挙げられます。 まず、米国の研究開発方向の影響により、米国のヴァレンス社と A123 社が最初にリン酸鉄リチウムを正極材料として使用しました。リチウムイオン電池のこと。第二に、動力用リチウムイオン電池に使用できる、良好な高温サイクル性能と保存性能を備えたマンガン酸リチウム材料が中国では準備されていない。しかし、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、それは次のように要約できます。
1. リン酸鉄リチウム製造の焼結プロセスでは、高温還元雰囲気下で酸化鉄が単純な鉄に還元される可能性があります。バッテリー中で最もタブーな物質である鉄は、バッテリーの微小ショートを引き起こす可能性があります。これが、日本がこの材料を動力型リチウムイオン電池の正極材料として使用していない主な理由である。
2. リン酸鉄リチウムには、タンピング密度や圧縮密度が低いなどの性能上の欠陥があり、その結果、リチウムイオン電池のエネルギー密度が低くなります。ナノカーボンコーティングがこの問題を解決しないとしても、低温性能は劣ります。アルゴンヌ国立研究所のエネルギー貯蔵システムセンター所長であるドン・ヒレブランド博士がリン酸鉄リチウム電池の低温性能について語ったとき、それはひどいものだと述べました。リン酸鉄リチウム電池の試験結果では、リン酸鉄リチウム電池は低温（0℃以下）では電気自動車を駆動できないことがわかりました。リン酸鉄リチウム電池は低温時の容量維持率が良いと謳っているメーカーもありますが、それは放電電流が低く、放電終止電圧が低い条件下での話です。この場合、機器は全く起動できなくなります。
3. 材料の準備コストや電池の製造コストが高く、電池の歩留まりが低く、一貫性が悪い。リン酸鉄リチウムのナノ結晶化と炭素コーティングにより材料の電気化学的特性は改善されましたが、エネルギー密度の低下、合成コストの向上、電極加工性能の低下、過酷な環境などの他の問題も引き起こしています。要件。リン酸鉄リチウムの化学元素Li、Fe、Pは非常に豊富でコストは低いですが、調製されたリン酸鉄リチウム製品のコストは低くありません。初期の研究開発コストを差し引いた後でも、この材料のプロセスコストと電池の準備コストの増加により、エネルギー貯蔵装置の最終コストは高くなります。
4. 製品の一貫性が低い。現時点では、中国のリン酸鉄リチウム材料工場はこの問題を解決できません。材料調製の観点から見ると、リン酸鉄リチウムの合成反応は、固体リン酸塩、酸化鉄とリチウム塩、炭素添加前駆体、還元性気相を含む複雑な不均一反応です。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が困難です。
5. 知的財産の問題。現在、リン酸鉄リチウムの基本特許は米国テキサス大学が所有しており、炭素被覆特許はカナダ人が申請している。これら 2 つの基本特許を回避することはできません。特許使用料がコストに含まれる場合、製品コストはさらに上昇します。
また、日本はリチウムイオン電池の研究開発と生産の経験から、リチウムイオン電池を初めて実用化した国であり、常にハイエンドリチウムイオン電池市場を占めてきました。米国は一部の基礎研究でリードしているものの、これまでのところ大手リチウムイオン電池メーカーは存在しない。したがって、日本にとっては、パワー型リチウムイオン電池の正極材料として変性マンガン酸リチウムを選択することがより合理的である。米国でも、メーカーの半数が出力型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とマンガン酸リチウムを使用しており、連邦政府もこれら２つのシステムの研究開発を支援している。以上のような問題点から、リン酸鉄リチウムを新エネルギー自動車等の動力用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と保存性能が低いという問題を解決できれば、低コストと高レート性能の利点を備えたパワーリチウムイオン電池の応用において大きな可能性を秘めています。
投稿日時: 2022 年 10 月 19 日