กลับไปหน้าบทความ

อ่าน 12 นาที

แบตเตอรี่ลิเธียมเหล็กฟอสเฟต

แบตเตอรี่ ลิเธียมเหล็กฟอสเฟต ( LiFePO4)แบตเตอรี่ 4 ก้อน ) หรือแบตเตอรี่ LFP(ลิเธียมเฟอร์โรฟอสเฟตแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนชนิดหนึ่งที่ใช้ ลิเธียมเหล็กฟอสเฟต(LiFePO4)4 )

แบตเตอรี่ลิเธียมเหล็กฟอสเฟต

แบตเตอรี่ลิเธียมเหล็กฟอสเฟต
ไลเฟพอโรเอ
แบตเตอรี่ ลิเธียมเหล็กฟอสเฟต (LiFePO4 14500 (ด้านขวา) แสดงอยู่ข้างๆ ตัวยึดตำแหน่งแบตเตอรี่ (ด้านซ้าย)
พลังงานจำเพาะ95–172  W⋅h/kg (340–620  kJ/kg) [ 1 ] [ 2 ] รุ่นถัดไป: 180–205  Wh/kg [ 3 ]
ความหนาแน่นของพลังงาน227–396  วัตต์⋅ชั่วโมง/ลิตร (820–1,430  กิโลจูล/ลิตร) [ 1 ] [ 2 ]
กำลังจำเพาะสูงสุด2,400 วัตต์/กก. [ 4 ]
ราคาพลังงาน/ราคาผู้บริโภค1–4 Wh/US$ [ 5 ] [ 6 ]
ความทนทานต่อกาลเวลา> 10  ปี
ความทนทานของวงจร2,500–9,000 [ 7 ]รอบ 
แรงดันไฟฟ้าเซลล์ที่ระบุ3.2 โวลต์ 

แบตเตอรี่ ลิเธียมเหล็กฟอสเฟต ( LiFePO4)แบตเตอรี่ ก้อน ) หรือแบตเตอรี่ LFP(ลิเธียมเฟอร์โรฟอสเฟตแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนชนิดหนึ่งที่ใช้ ลิเธียมเหล็กฟอสเฟต(LiFePO4) ) เป็นแคโทดและอิคาร์บอนกราไฟต์ที่มีแผ่นโลหะรองรับเป็นแอโนดเนื่องจากต้นทุนต่ำ ความปลอดภัยสูง ความเป็นพิษต่ำ อายุการใช้งานยาวนาน และปัจจัยอื่นๆ แบตเตอรี่ LFP จึงถูกนำไปใช้งานในหลายด้าน เช่นการใช้งานในยานยนต์การใช้งานแบบอยู่กับที่ในระดับสาธารณูปโภค และพลังงานสำรอง[ 8 ] เดือนกันยายน 2022 ส่วนแบ่งการตลาดของแบตเตอรี่ประเภท LFP สำหรับรถยนต์ไฟฟ้าอยู่ที่ 31% และในจำนวนนั้น 68% มาจากผู้ผลิตรถยนต์ไฟฟ้าTeslaและBYDเพียงสองราย [ 9 ]

ในปี 2022 ผู้ผลิตชาวจีนมีอำนาจผูกขาดเกือบทั้งหมดในการผลิตแบตเตอรี่ประเภท LFP [ 10 ]เมื่อสิทธิบัตรเริ่มหมดอายุในปี 2022 และความต้องการแบตเตอรี่รถยนต์ไฟฟ้าที่ราคาถูกลงเพิ่มขึ้น[ 11 ]คาดว่าการผลิตแบตเตอรี่ประเภท LFP จะเพิ่มขึ้นอีกและแซงหน้า แบตเตอรี่ประเภท ลิเธียม นิกเกล แมงกานีส โคบอลต์ ออกไซด์ (NMC) [ 12 ]

พลังงานจำเพาะของแบตเตอรี่ LFP ต่ำกว่าแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนชนิดอื่นๆ ที่ใช้กันทั่วไป เช่นนิกเกิลแมงกานีสโคบอลต์ (NMC)และนิกเกิลโคบอลต์อะลูมิเนียม (NCA)ณ ปี 2024 มีการอ้างว่าพลังงานจำเพาะของแบตเตอรี่ LFP ของCATL อยู่ที่ 205 วัตต์-ชั่วโมงต่อกิโลกรัม (Wh/kg) ในระดับเซลล์[ 13 ]พลังงานจำเพาะของแบตเตอรี่ LFP ของ BYD อยู่ที่ 150  Wh/kg แบตเตอรี่ NMC ที่ดีที่สุดมีค่าพลังงานจำเพาะมากกว่า 300  Wh/kg ที่น่าสังเกตคือ พลังงานจำเพาะของแบตเตอรี่ NCA รุ่น "2170" ของ Panasonic ที่ใช้ในรถยนต์ซีดานขนาดกลางTesla รุ่น Model 3 ปี 2020 อยู่ที่ประมาณ 260 Wh/kg ซึ่งคิดเป็น 70% ของค่า "สารเคมีบริสุทธิ์" นอกจากนี้ แบตเตอรี่ LFP ยังมีแรงดัน ไฟฟ้า ในการทำงานต่ำกว่าแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนชนิดอื่นๆ ด้วย

ข้อกำหนด

โมดูลลิเธียมเหล็กฟอสเฟตหลายโมดูลต่ออนุกรมและขนานกันเพื่อสร้างโมดูลแบตเตอรี่ 2800  Ah 52  V ความจุแบตเตอรี่รวมคือ 145.6 kWh สังเกตแท่งทองแดงชุบ ดีบุกขนาดใหญ่ ที่เชื่อมต่อโมดูลต่างๆ แท่งทองแดงนี้รองรับกระแสไฟฟ้าได้ 700 แอมป์ DC เพื่อรองรับกระแสไฟฟ้าสูงที่เกิดขึ้นในระบบ 48 โวลต์ DC นี้
โมดูลลิเธียมเหล็กฟอสเฟต แต่ละโมดูลมีขนาด 700  Ah, 3.25  V นำโมดูลสองโมดูลมาต่อขนานกันเพื่อสร้างชุดแบตเตอรี่ขนาด 3.25 V 1400 Ah ที่มีความจุ 4.55 kWh
  • แรงดันไฟฟ้าของเซลล์
    • แรงดันไฟฟ้าคายประจุขั้นต่ำ = 2.0–2.8  V [ 14 ] [ 15 ] [ 16 ]
    • แรงดันใช้งาน = 3.0 ~ 3.3 โวลต์
    • แรงดันไฟฟ้าสูงสุดที่ใช้งานได้ = 2.5 ~ 3.47 โวลต์
    • แรงดันประจุสูงสุด = 3.60–3.65  V [ 17 ] [ 15 ]
  • ความหนาแน่นของพลังงานเชิงน้ำหนัก = 95–172 W⋅h/kg ( 340–620 kJ/kg) [ 1 ] [ 2 ]เวอร์ชันล่าสุดที่ประกาศเมื่อปลายปี 2023 ต้นปี 2024 ได้ปรับปรุงความหนาแน่นของพลังงานอย่างมีนัยสำคัญจาก 180 เป็น 205 Wh /kg [ 3 ]โดยไม่เพิ่มต้นทุนการผลิต   
  • ความหนาแน่นพลังงานเชิงปริมาตร= 227–396 W⋅h/L (820–1,430 kJ/L) [ 1 ] [ 2 ]  
  • อายุการใช้งานของวงจรการชาร์จอยู่ที่ 2,500 ถึงมากกว่า 9,000 รอบ ขึ้นอยู่กับเงื่อนไข[ 7 ]รุ่นที่มีความหนาแน่นพลังงานสูงรุ่นถัดไปมีอายุการใช้งานการชาร์จที่ยาวนานขึ้น โดยอาจมีอายุการใช้งานสูงสุดประมาณ 15,000 รอบ

เมื่อเปรียบเทียบกับแบตเตอรี่ประเภทอื่นๆ

แบตเตอรี่ LFP ใช้เคมีที่ได้มาจากลิเธียมไอออน และมีข้อดีและข้อเสียหลายอย่างเหมือนกับเคมีลิเธียมไอออนชนิดอื่นๆ อย่างไรก็ตาม ก็มีความแตกต่างที่สำคัญอยู่ด้วย

ความพร้อมของทรัพยากร

เหล็กและฟอสเฟตพบได้ทั่วไปในเปลือกโลก LFP ไม่มีทั้งนิกเกล[ 18 ]และโคบอลต์ซึ่งทั้งสองอย่างมีปริมาณจำกัดและมีราคาแพง เช่นเดียวกับลิเธียม มีข้อกังวลด้านสิทธิมนุษยชน[ 19 ]และสิ่งแวดล้อม[ 20 ]เกิดขึ้นเกี่ยวกับการใช้โคบอลต์ นอกจากนี้ยังมีข้อกังวลด้านสิ่งแวดล้อมเกี่ยวกับการสกัดนิกเกลด้วย[ 21 ]

ค่าใช้จ่าย

รายงานปี 2020 ที่เผยแพร่โดยกระทรวงพลังงานได้เปรียบเทียบต้นทุนของระบบจัดเก็บพลังงานขนาดใหญ่ที่สร้างด้วย LFP กับ NMC พบว่าราคาต่อ kWh ของแบตเตอรี่ LFP ต่ำกว่าแบตเตอรี่ NMC ประมาณ 6% และคาดการณ์ว่าเซลล์ LFP จะมีอายุการใช้งานยาวนานกว่าประมาณ 67% (กล่าวคือ รอบการใช้งานมากกว่า) เนื่องจากความแตกต่างระหว่างคุณลักษณะของเซลล์ ต้นทุนของส่วนประกอบอื่นๆ ของระบบจัดเก็บพลังงานจึงอาจสูงกว่าสำหรับ LFP เล็กน้อย แต่โดยรวมแล้วยังคงมีต้นทุนต่อ kWh ต่ำกว่า NMC [ 22 ]

ในปี 2020 ราคาเซลล์ LFP ที่ต่ำที่สุดที่รายงานคือ 80 ดอลลาร์สหรัฐ/กิโลวัตต์ชั่วโมง (12.5  วัตต์ชั่วโมง/ดอลลาร์สหรัฐ) โดยมีราคาเฉลี่ย 137 ดอลลาร์สหรัฐ/กิโลวัตต์ชั่วโมง[ 23 ]ในขณะที่ในปี 2023 ราคาเฉลี่ยลดลงเหลือ 100 ดอลลาร์สหรัฐ/กิโลวัตต์ชั่วโมง[ 24 ] ในช่วงต้นปี 2024 เซลล์ LFP ขนาด VDAมีจำหน่ายในราคาต่ำกว่า0.5 หยวน /วัตต์ชั่วโมง ( 70 ดอลลาร์สหรัฐ /กิโลวัตต์ชั่วโมง) ในขณะที่ผู้ผลิตรถยนต์ชาวจีนLeapmotorระบุว่าซื้อเซลล์ LFP ในราคา 0.4 หยวน/วัตต์ชั่วโมง ( 56 ดอลลาร์สหรัฐ /กิโลวัตต์ชั่วโมง) และเชื่อว่าราคาอาจลดลงเหลือ 0.32 หยวน/วัตต์ชั่วโมง ( 44 ดอลลาร์สหรัฐ /กิโลวัตต์ชั่วโมง) [ 25 ]ในช่วงกลางปี ​​2024 แบตเตอรี่ LFP ที่ประกอบเสร็จแล้วมีจำหน่ายให้กับผู้บริโภคในสหรัฐอเมริกาในราคาประมาณ 115 ดอลลาร์สหรัฐ/กิโลวัตต์ชั่วโมง[ 26 ]

คุณสมบัติการเสื่อมสภาพและอายุการใช้งานที่ดีขึ้น

เคมี LFP มีอายุการใช้งาน ที่ยาวนาน กว่าเคมีลิเธียมไอออนอื่นๆ อย่างมาก ภายใต้สภาวะส่วนใหญ่ สามารถใช้งานได้มากกว่า 3,000 รอบ และภายใต้สภาวะที่เหมาะสม สามารถใช้งานได้มากกว่า 10,000 รอบ แบตเตอรี่ NMC สามารถใช้งานได้ประมาณ 1,000 ถึง 2,300 รอบ ขึ้นอยู่กับสภาวะ[ 7 ]

เซลล์ LFP มีอัตราการ สูญเสีย ความจุ ที่ช้ากว่า (หรืออายุการใช้งานที่ ยาวนานกว่า ) เมื่อเทียบกับแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนชนิดอื่นๆ เช่น โคบอลต์ ( LiCoO₂) ) แมงกานีสสปิเนล (LiMn)โอ), lithium-ion polymer batteries (LiPo battery) or lithium-ion batteries.[27][28]

Viable alternative to lead-acid batteries

Because of the nominal 3.2 V output, four cells can be connected in series for a nominal 12.8 V. This comes close to the nominal voltage of a six-cell lead-acid batteries. Along with the good safety characteristics of LFP batteries, this makes LFP a good potential replacement for lead-acid batteries in applications such as automotive and solar applications, provided the charging systems are adapted not to damage the LFP cells through excessive charging voltages (beyond 3.6 volts DC per cell while under charge), temperature-based voltage compensation, equalisation attempts or continuous trickle charging. The LFP cells must be at least balanced initially before the pack is assembled and a protection system also needs to be implemented to ensure no cell can be discharged below a voltage of 2.5 V or severe damage will occur in most instances, due to irreversible deintercalation of LiFePO into FePO.[29]

Safety

One important advantage of LiFePO over other lithium-ion chemistries is thermal and chemical stability, which contributes to improved battery safety.[30][20][31] Especially compared to layered oxide cathode materials such as lithium cobalt oxide (LiCoO) and NMC, which release oxygen upon heating,[32][33] LFP generally has higher decomposition temperatures.[34][35]

There is a significant safety property to LFP batteries; in a stable active condition the chemical composition does not combust when exposed to normal ambient air, it is less prone to causing a fire and considered incombustible, with good overall thermal and chemical stability. However, LFP batteries can unfortunately still catch fire under extreme conditions similar to many other types of batteries, from causes such as overcharging issues, very high thermal temperatures, or catastrophic physical damage.

Lower energy density

The energy density (energy/volume) of a new LFP battery as of 2008 was about 14% lower than that of a new LiCoOแบตเตอรี่ [ 36 ]เนื่องจากอัตราการคายประจุเป็นเปอร์เซ็นต์ของความจุแบตเตอรี่ อัตราที่สูงขึ้นสามารถทำได้โดยใช้แบตเตอรี่ขนาดใหญ่ขึ้น (แอมแปร์ชั่วโมง) หากจำเป็นต้องใช้แบตเตอรี่กระแสต่ำ

การใช้งาน

เซลล์ LFP ในชุดแบตเตอรี่แบบทำเอง

การจัดเก็บแบบอยู่กับที่

แบตเตอรี่ LFP เป็นที่นิยมใช้ในระบบจัดเก็บพลังงานแบบอยู่กับที่ เนื่องจากมีข้อดีในด้านต้นทุน ความปลอดภัย และอายุการใช้งาน ในปี 2025 แบตเตอรี่ LFP ครองส่วนแบ่งตลาดระบบจัดเก็บพลังงานแบบอยู่กับที่ประมาณ 85% [ 37 ]ในการใช้งานแบบอยู่กับที่ ความหนาแน่นของพลังงานที่ต่ำกว่าของ LFP เมื่อเทียบกับแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนชนิดอื่น ๆ ถือเป็นข้อเสียที่น้อยกว่า

รถยนต์ไฟฟ้า

แบตเตอรี่ LFP ถูกนำมาใช้ในรถยนต์ไฟฟ้าหลายรุ่นเนื่องจากต้นทุน ความเสถียรทางความร้อน และอายุการใช้งานที่ยาวนาน อย่างไรก็ตาม รถยนต์ระดับสูงมักใช้เคมี NMC เนื่องจากมีประสิทธิภาพสูงกว่า ในปี 2025 ส่วนแบ่งการตลาด GWh ของแบตเตอรี่ LFP ในรถยนต์นั่งส่วนบุคคลและรถยนต์ขนาดเล็กอยู่ที่ 79% ในประเทศจีน 13% ในยุโรป 5% ในอเมริกาเหนือ และ 57% ในส่วนที่เหลือของโลก[ 38 ]

ในเดือนกันยายน พ.ศ. 2565 แบตเตอรี่ LFP มีส่วนแบ่งการตลาด 31% ของตลาดแบตเตอรี่รถยนต์ไฟฟ้า โดย 68% ของส่วนแบ่งนั้นถูกนำไปใช้งานโดยสองบริษัท ได้แก่ Tesla และ BYD [ 39 ]

ตัวอย่าง

การใช้งานอื่นๆ

บุหรี่อิเล็กทรอนิกส์บางชนิดใช้แบตเตอรี่ประเภทนี้ การใช้งานอื่นๆ ได้แก่ ระบบไฟฟ้าทางทะเล[ 44 ]และระบบขับเคลื่อน ไฟฉาย โมเดลควบคุมด้วยวิทยุอุปกรณ์ขับเคลื่อนด้วยมอเตอร์แบบพกพา อุปกรณ์วิทยุสมัครเล่น ระบบเซ็นเซอร์อุตสาหกรรม[ 45 ]และไฟฉุกเฉิน[ 46 ]

ประวัติศาสตร์

ไลเฟพอคือแร่ธรรมชาติที่รู้จักกันในชื่อไตรฟิไลต์อารุมูกัม มันธิรามและจอห์น บี. กู๊ดอีนอฟเป็นผู้ระบุวัสดุแคโทดประเภทโพลีแอนไอออนสำหรับแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน เป็นครั้งแรก [ 47 ] [ 48 ] [ 49 ] LiFePOได้รับการระบุว่าเป็นวัสดุแคโทดที่อยู่ในกลุ่มโพลีแอนไอออนสำหรับใช้ในแบตเตอรี่ในปี 1996 โดย Padhiet al. [ 50 ] [ 51 ]การสกัดลิเธียมแบบย้อนกลับได้จากLiFePOและการแทรกลิเธียมเข้าไปในFePOได้รับการสาธิตแล้ว เนื่องจากมีต้นทุนต่ำ ไม่เป็นพิษ มีธาตุเหล็กมีเสถียรภาพทางความร้อนที่ดีเยี่ยม มีคุณลักษณะด้านความปลอดภัย ประสิทธิภาพทางเคมีไฟฟ้า และความจุจำเพาะ (170mA·h/gหรือ 610C/g) จึงได้รับการยอมรับในตลาดอย่างมาก [ 52 ] [ 53 ]  

อุปสรรคสำคัญในการนำไปใช้ในเชิงพาณิชย์คือค่าการนำไฟฟ้า ที่ต่ำโดยธรรมชาติ ปัญหานี้ได้รับการแก้ไขโดยการลดขนาดอนุภาคและเคลือบผิวLiFePO4อนุภาคที่มีวัสดุตัวนำ เช่นท่อนาโนคาร์บอน[ 54 ] [ 55 ] หรือทั้งสองอย่างMichel Armandและเพื่อนร่วมงานของเขาที่Hydro-QuébecและUniversité de Montréalได้พัฒนาแนวทางนี้ในปี 2015 [ 56 ] [ 57 ] [ 58 ]อีกแนวทางหนึ่งโดยกลุ่มของYet Ming ChiangMITประกอบด้วยการเติม [ 52 ] LFP ด้วยแคตไอออนของวัสดุเช่นอะลูมิเนียมไนโอเบียมและเซอร์โคเนียม

ขั้วลบ (แอโนด ในระหว่างการคายประจุ) ที่ทำจากปิโตรเลียมโค้กถูกนำมาใช้ในแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนรุ่นแรกๆ รุ่นต่อมาใช้กราไฟต์ธรรมชาติหรือกราไฟต์สังเคราะห์[ 59 ]

ดูเพิ่มเติม

ดึงข้อมูลมาจาก " https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Lithium_iron_phosphate_battery&oldid=1362670247 "

สรุปเนื้อหา

ข้อมูลสำคัญจากบทความ

ข้อมูลสำคัญเกี่ยวกับ แบตเตอรี่ลิเธียมเหล็กฟอสเฟต

แบตเตอรี่ ลิเธียมเหล็กฟอสเฟต ( LiFePO4)แบตเตอรี่ 4 ก้อน ) หรือแบตเตอรี่ LFP(ลิเธียมเฟอร์โรฟอสเฟตแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนชนิดหนึ่งที่ใช้ ลิเธียมเหล็กฟอสเฟต(LiFePO4)4 )

ข้อกำหนด

โมดูลลิเธียมเหล็กฟอสเฟตหลายโมดูลต่อ อนุกรมและขนานกัน เพื่อสร้างโมดูลแบตเตอรี่ 2800 Ah 52 V ความจุแบตเตอรี่รวมคือ 145.

เมื่อเปรียบเทียบกับแบตเตอรี่ประเภทอื่นๆ

แบตเตอรี่ LFP ใช้เคมีที่ได้มาจากลิเธียมไอออน และมีข้อดีและข้อเสียหลายอย่างเหมือนกับเคมีลิเธียมไอออนชนิดอื่นๆ อย่างไรก็ตาม ก็มีความแตกต่างที่สำคัญอยู่ด้วย

ความพร้อมของทรัพยากร

เหล็กและฟอสเฟตพบได้ทั่วไปในเปลือกโลก LFP ไม่มีทั้ง นิกเกล [ 18 ] และ โคบอลต์ ซึ่งทั้งสองอย่างมีปริมาณจำกัดและมีราคาแพง เช่นเดียวกับลิเธียม มีข้อกังวลด้านสิทธิมนุษยชน [ 19 ] และสิ่งแวดล้อม [ 20 ] เกิดขึ้นเกี่ยวกับการใช้โคบอลต์...