LiFePO4 배터리

Tesla의 2021년 3분기 보고서에서는 LiFePO4 배터리를 차량의 새로운 표준으로 전환한다고 발표했습니다.그렇다면 LiFePO4 배터리란 정확히 무엇입니까?

뉴욕, 뉴욕, 미국, 2022년 5월 26일 /EINPresswire.com / — 리튬 이온 배터리의 더 나은 대안입니까?이 배터리가 다른 배터리와 어떻게 다른가요?

LiFePO4 배터리 소개

리튬인산철(LFP) 배터리는 충전 및 방전 속도가 빠른 리튬이온 배터리입니다.LiFePO4를 음극으로, 흑연 탄소 전극을 양극으로 사용하는 충전식 배터리입니다.

LiFePO4 배터리는 리튬 이온 배터리보다 에너지 밀도가 낮고 작동 전압도 낮습니다.수평 곡선으로 방전율이 낮고 리튬 이온보다 안전합니다.이 배터리는 리튬철인산염 배터리라고도 합니다.

LiFePO4 배터리의 발명

LiFePO4 배터리는 John B. Goodenough와 Arumugam Manthiram이 발명했습니다.그들은 리튬 이온 배터리에 사용되는 재료를 최초로 결정한 사람들 중 하나입니다.양극 재료는 즉시 단락되는 경향이 있기 때문에 리튬 이온 배터리에는 적합하지 않습니다.

과학자들은 양극재가 리튬이온 배터리 음극에 비해 더 우수하다는 사실을 발견했습니다.이는 LiFePO4 배터리 변형에서 특히 두드러집니다.안정성과 전도성을 향상시키고 기타 다양한 측면을 개선합니다.

요즘 LiFePO4 배터리는 어디에서나 볼 수 있으며 보트, 태양광 발전 시스템, 차량 등 다양한 용도로 사용됩니다.LiFePO4 배터리는 코발트가 없으며 대부분의 대체 배터리보다 저렴합니다.독성이 없으며 유통기한이 더 깁니다.

LFP 배터리 사양 -

LFP 배터리의 배터리 관리 시스템 기능

LFP 배터리는 단순한 연결된 셀 이상으로 구성됩니다.배터리가 안전한 한도 내에서 유지되도록 하는 시스템이 있습니다.배터리 관리 시스템(BMS)은 작동 조건에서 배터리를 보호, 제어 및 모니터링하여 보안을 보장하고 배터리 수명을 연장합니다.

LFP 배터리의 배터리 관리 시스템 기능 -

인산철리튬 셀은 내구성이 더 뛰어나지만 충전 중에 과전압이 발생하여 성능이 저하되는 경향이 있습니다.음극에 사용된 재료는 잠재적으로 열화되어 안정성을 잃을 수 있습니다.BMS는 각 셀의 출력을 조절하고 배터리의 최대 전압이 유지되도록 보장합니다.

전극 재료가 저하됨에 따라 저전압이 심각한 문제가 됩니다.셀의 전압이 지정된 임계값 아래로 떨어지면 BMS는 회로에서 배터리 연결을 끊습니다.또한 과전류 상태에서는 백스톱 역할을 하며 단락 중에는 작동을 차단합니다.

LiFePO4 배터리와 리튬 이온 배터리 비교

LiFePO4 배터리는 시계와 같은 웨어러블 장치에 적합하지 않습니다.다른 리튬 배터리보다 에너지 밀도가 낮습니다.그러나 태양 에너지 시스템, RV, 골프 카트, 베이스 보트 및 전기 오토바이에는 가장 적합합니다.

★이 배터리의 주요 장점 중 하나는 수명입니다.

이 배터리는 다른 배터리보다 4배 이상 오래 지속될 수 있습니다.더 안전하고 최대 100% 방전 깊이에 도달할 수 있으므로 더 오랜 기간 동안 사용할 수 있습니다.

다음은 이러한 배터리가 리튬 이온 배터리보다 더 나은 대안인 추가적인 이유입니다.

★저렴한 비용

LFP 배터리는 철과 인으로 구성되어 있으며 대규모로 채굴되며 가격이 저렴합니다.LFP 배터리의 가격은 니켈이 풍부한 NMC 배터리보다 kg당 최대 70% 낮은 것으로 추산됩니다.화학적 조성은 비용상의 이점을 제공합니다.보고된 LFP 배터리의 최저 셀 가격은 2020년 처음으로 $100/kWh 미만으로 떨어졌습니다.

★환경에 미치는 영향이 적음
LFP 배터리에는 가격이 비싸고 환경에 큰 영향을 미치는 니켈이나 코발트가 포함되어 있지 않습니다.이 배터리는 충전식이므로 친환경적입니다.

★효율성 및 성능 향상
LFP 배터리는 수명이 긴 것으로 알려져 있어 시간이 지나도 안정적이고 일관된 전력 출력이 필요한 응용 분야에 널리 선택됩니다.이러한 배터리는 다른 리튬 이온 배터리보다 용량 손실 속도가 느리기 때문에 장기적으로 성능을 유지하는 데 도움이 됩니다.또한 작동 전압이 낮아 내부 저항이 낮아지고 충전/방전 속도가 빨라집니다.

★향상된 안전성과 안정성
LFP 배터리는 열적, 화학적으로 안정적이므로 폭발하거나 화재가 발생할 가능성이 적습니다.LFP는 니켈이 풍부한 NMC에 비해 열의 1/6을 생산합니다.LFP 배터리에서는 Co-O 결합이 더 강하기 때문에 단락되거나 과열되면 산소 원자가 더 천천히 방출됩니다.또한, 완전히 충전된 셀에는 리튬이 남아 있지 않으므로 다른 리튬 셀에서 볼 수 있는 발열 반응에 비해 산소 손실에 대한 저항력이 높습니다.

★작고 가볍다
LFP 배터리는 리튬 망간 산화물 배터리보다 거의 50% 가볍습니다.납축 배터리보다 최대 70% 가볍습니다.차량에서 LiFePO4 배터리를 사용하면 가스를 덜 사용하고 기동성이 향상됩니다.또한 작고 콤팩트하여 스쿠터, 보트, RV 또는 산업 응용 분야에서 공간을 절약할 수 있습니다.

LiFePO4 배터리와 비리튬 배터리 비교
비리튬 배터리는 여러 가지 장점이 있지만 오래된 기술은 비용이 많이 들고 효율성이 떨어지기 때문에 새로운 LiFePo4 배터리의 잠재력을 고려할 때 중기적으로 교체될 가능성이 높습니다.

☆납축전지
납축 배터리는 처음에는 비용 효율적인 것처럼 보일 수 있지만 장기적으로 보면 더 비싸집니다.이는 더 자주 유지 관리 및 교체가 필요하기 때문입니다.LiFePO4 배터리는 유지 관리가 필요 없이 2~4배 더 오래 지속됩니다.

☆젤 배터리
LiFePO4 배터리와 같은 젤 배터리는 자주 재충전할 필요가 없으며 보관 중에도 충전이 손실되지 않습니다.그러나 젤 배터리는 더 느린 속도로 충전됩니다.파손을 방지하려면 완전히 충전되는 즉시 연결을 끊어야 합니다.

☆AGM 배터리
AGM 배터리는 용량의 50% 미만에서 손상될 위험이 높은 반면, LiFePO4 배터리는 손상 위험 없이 완전히 방전될 수 있습니다.또한 이를 유지하는 것도 어렵습니다.

LiFePO4 배터리 애플리케이션
LiFePO4 배터리는 다음을 포함하여 많은 유용한 응용 분야를 가지고 있습니다.

●낚시배 및 카약: 충전 시간을 줄이고 사용 시간을 늘려 물 위에서 더 많은 시간을 보낼 수 있습니다.무게가 가벼우면 위험한 낚시 대회에서 핸들링이 더 쉬워지고 속도를 높일 수 있습니다.

●이동성 스쿠터 및 모페드: 속도를 늦출 수 있는 무게가 없습니다.자연적인 여행을 위해 배터리를 손상시키지 않고 최대 용량 이하로 충전하세요.

●태양광 구성: 가벼운 LiFePO4 배터리를 휴대하여 어디든지(산에 오르거나 전력망 밖에서도) 태양 에너지를 활용합니다.

●상업용: 가장 안전하고 견고한 리튬 배터리로 바닥 기계, 리프트 게이트 등과 같은 산업 응용 분야에 이상적입니다.

또한 인산철리튬 배터리는 손전등, 전자 담배, 무선 장비, 비상 조명 및 기타 품목과 같은 다른 많은 장치에 전원을 공급합니다.

Wid-Scale LFP 구현 가능성
LFP 배터리는 대체 배터리보다 저렴하고 안정적이지만 에너지 밀도는 널리 채택되는 데 중요한 장벽이었습니다.LFP 배터리는 에너지 밀도가 15~25%로 훨씬 낮습니다.그러나 에너지 밀도가 리터당 359Wh인 상하이산 Model 3에 사용된 것과 같은 더 두꺼운 전극을 사용하면 이러한 상황이 바뀌고 있습니다.

LFP 배터리는 수명이 길기 때문에 비슷한 무게의 리튬 이온 배터리보다 용량이 더 큽니다.이는 이들 배터리의 에너지 밀도가 시간이 지남에 따라 더욱 유사해진다는 것을 의미합니다.

대량 채택을 가로막는 또 다른 장벽은 중국이 수많은 LFP 특허로 인해 시장을 장악했다는 것입니다.이들 특허가 만료되면서 LFP 생산도 차량 제조와 마찬가지로 국산화될 것이라는 관측이 나온다.

Ford, Volkswagen, Tesla와 같은 주요 자동차 제조업체에서는 니켈이나 코발트 제제를 대체하여 이 기술을 점점 더 많이 활용하고 있습니다.최근 Tesla가 분기별 업데이트를 통해 발표한 것은 시작에 불과합니다.Tesla는 또한 더 높은 에너지 밀도와 범위를 제공하는 4680 배터리 팩에 대한 간략한 업데이트를 제공했습니다.Tesla가 더 많은 셀을 응축하고 더 낮은 에너지 밀도를 수용하기 위해 "셀-투-팩" 구조를 사용할 수도 있습니다.

그 나이에도 불구하고,LFP배터리 비용 절감은 대량 EV 채택을 가속화하는 데 중요할 수 있습니다.2023년까지 리튬이온 가격은 kWh당 100달러에 가까울 것으로 예상된다.LFP를 통해 자동차 제조업체는 가격보다는 편의성이나 재충전 시간과 같은 요소를 강조할 수 있습니다.