リン酸鉄リチウムイオンバッテリーとは？メリット・デメリットや採用した最新のポータブル電源を紹介

●リン酸鉄リチウムイオンバッテリーの仕組み

リン酸鉄リチウムイオンバッテリーは、リチウムイオンが電解液の中で正極・負極の間を移動する際に発生する電流を用いる仕組みです。正極から負極に移動した際には充電、逆の場合には放電が行われます。

基本的な仕組みは、他のリチウムイオンバッテリーとまったく違いはありません。違いは、正極にコバルトやニッケルのようなレアメタルではなく、リン酸を用いている点。性質の違いから、リチウムイオンバッテリーの長時間利用で起こりうる過放電や過充電による熱暴走のリスクを抑えているのです。

また、リン酸鉄リチウムイオン電池が三元系リチウムイオン電池やチタン酸リチウムイオン電池との違いについて、下記の表でまとめております。

●リン酸鉄リチウムイオンバッテリーを採用する主な製品

リン酸鉄リチウムイオンバッテリーは、主に下記のような製品に採用されています。

・EV車

・農業・工業機械

・充電式LED機器

・モバイルバッテリー

・ポータブル電源

後ほど詳しく解説しますが、リン酸鉄リチウムイオンバッテリーは耐熱性（熱安定性）が高いため、高温環境でも安全に動作するのが強みです。そのため消費電力が大きく、使用環境からも高温になりやすい車や農業・工業機械には特に採用される傾向があります。

最近ではモバイルバッテリーやポータブル電源などにも採用されているため、コバルトなどを使用した従来の三元系リチウムイオンバッテリーとともに、私たちの日常生活でも使われる場面が増えてきました。

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リン酸鉄リチウムイオンバッテリーには、従来のリチウムイオンバッテリーと比較して主に以下の6つのメリットがあります。

・寿命が長い

・自己放電率が低い

・安全性が高い

・耐久温度が高い

・環境にやさしい

・原材料価格が安い

それぞれ詳しく見ていきましょう。

メリット①：寿命が長い

リン酸鉄リチウムイオンバッテリーは、従来のリチウムイオンバッテリーと比較して圧倒的な長寿命を実現しています。バッテリーの寿命を表す「サイクル回数（フル充電して繰り返し使える回数）」で、もっともメジャーな三元系リチウムイオンバッテリーと比較してみましょう。

参考：Jackeryのポータブル電源

※繰り返しフル充電して使って70％以上の最大容量を維持できる回数

三元系リチウムイオンバッテリーの倍以上のサイクル回数となっており、繰り返し使える回数がはるかに多いです。つまり「長寿命により長く使えるため、買い替えの頻度が低くなりコストを抑えられる」のが使用者にとってのメリットといえます。

メリット②：自己放電率が低い

リン酸鉄リチウムイオンバッテリーは、放置していると勝手に放電してしまう電力量の割合を示す「自己放電率」が従来製品よりはるかに低いです。例えば、自動車などに搭載されている「鉛バッテリ」の場合、1ヶ月放置すると約20％の電力が減ってしまう場合があります。

しかしリン酸鉄リチウムイオンバッテリーなら、同じ条件でも1パーセントほどしか電力が減りません。そのためオフシーズンにまったく使わない農業機械や、防災のために放置しているポータブル電源でも「使いたい」と思ったときにすぐ取り出して使えます。

メリット③：安全性が高い

リン酸鉄リチウムイオンバッテリーは安全性の高さが大きなメリットです。従来のリチウムイオンバッテリーに使用されているコバルト・ニッケル・マンガンは、220℃以上で熱分解を起こしてしまうため、極端な高温環境や想定外の長時間利用はおすすめしません。

しかしリン酸鉄リチウムイオンバッテリーに使われるリン酸は、リン・酸素間の結合が非常に強いため、600℃に到達するまでほとんど熱分解が起こりません。高温環境でも安定して動作し、安全に利用できるというわけです。

メリット④：耐久温度が幅広い

リン酸鉄リチウムイオンバッテリーは、耐久温度が幅広い点も大きなメリットです。先述したように高温環境での安定性が高いのはもちろん、低温環境への強さも備えています。

従来の三元系リチウムイオンバッテリーは氷点下で保存できても－10℃ほどまでが限界でした。しかしリン酸鉄リチウムイオンバッテリーは、－20℃の低温環境でも保存できます。寒冷地で今まで以上に活躍するでしょう。

メリット⑤：環境にやさしい

環境にやさしい点もリン酸鉄リチウムイオンバッテリーのメリットです。実は従来のリチウムイオンバッテリーに使われるコバルト・ニッケルなどのレアメタルの採掘には、土・空気・水などの環境汚染を伴います。

リン酸鉄リチウムイオンバッテリーにもレアメタルであるリチウムを使用するので、環境汚染は0ではありませんが、多数のレアメタルを使用する従来の製品よりは、圧倒的に環境汚染のリスクを軽減できるでしょう。

メリット⑥：原材料価格が安い

リン酸鉄リチウムイオンバッテリーは原材料価格が安い点もメリットです。レアメタルは「レア」というだけあり、希少性が高く価格も相応に高いものとなっています。それに対してリン酸鉄は普遍的な原材料のみで生成できるので、圧倒的にコストを抑えられるのです。

ただし現時点では、バッテリー化する工程にコストがかかっているため、最終的に消費者の手に渡る製品価格は少し高め。今後、技術の進歩によるさらなる低コスト化が期待されます。

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リン酸鉄リチウムイオンバッテリーには、現時点で明確なデメリットが2つあります。

・エネルギー密度が低い

・製品価格が高め

メリットだけでなく、デメリットについてもぜひ知っておきましょう。

デメリット①：エネルギー密度が低い

リン酸鉄リチウムイオンバッテリーは、エネルギー密度が低い（＝容量あたりの体積が大きい）という欠点があります。難解な化学的根拠は割愛しますが、大まかにいうと「これ以上に圧縮できない」からです。エネルギー密度が低いので、最終的な製品のサイズがどうしても大きくなります。

デメリット②：製品価格が高め

リン酸鉄リチウムイオンバッテリーを使用した製品は、価格が高めです。先述したように原材料は大きく抑えられますが、最終的なバッテリー化の工程に大きなコストがかかってしまいます。

もうひとつの価格を上げている要因が特許料です。現在、リン酸鉄リチウムの基本特許をアメリカのテキサス大学が有しており、さらに製造の過程でカーボンコーティングする工程の特許はあるカナダ人が持っています。製造のための安くはない特許料が、最終的な製品価格を押し上げる原因となっています。

改めて、リン酸鉄リチウムイオンバッテリーと、従来の三元系リチウムイオンバッテリーの主な3つの違いを見てみましょう。

・バッテリーの密度

・寿命

・耐熱性

製品の性能だけを見ると、多くの点でリン酸鉄リチウムイオンバッテリーに軍配が上がります。しかし現状はコストの問題があるので、三元系リチウムイオンバッテリーを買っても損をすることはありません。それでは、それぞれの違いについて解説します。

違い①：バッテリーの密度

バッテリーの密度は、従来の三元系リチウムイオンバッテリーの方が大きいです。つまり、従来三元系リチウムイオンバッテリー製品の方がコンパクトに設計できます。「小型で持ち運びやすい製品が良い」という場合は、三元系リチウムイオンバッテリーを選んだほうが良いかもしれません。

違い②：寿命

リン酸鉄リチウムイオンバッテリーは、圧倒的な長寿命化を実現しています。従来の三元系リチウムイオンバッテリーと比較し、サイクル回数は倍以上です。ひとつの製品を長く使いたいなら、リン酸鉄リチウムイオンバッテリーを選ぶと良いでしょう。

違い③：耐熱性

リン酸鉄リチウムイオンバッテリーは、リン酸鉄の性質により高い耐熱性を誇っているため、動作温度の幅が従来製品より広くなりますが、極端な環境以外での日常使用には大きな影響を与えないでしょう。

また、理論上、リン酸鉄リチウムイオンバッテリーは600℃までほとんど熱分解しないため、220℃で熱分解するコバルトなどを用いた三元系リチウムイオンバッテリーよりも安全です。

とはいえ実際に消費者の手に渡るポータブル電源などの製品は「バッテリーマネジメントシステム」など技術の搭載により熱暴走のリスクを抑えているため、安全性に大きな差はないでしょう。

①リン酸鉄リチウムイオン電池は何年使えますか？

リン酸鉄リチウムイオンバッテリーの寿命は、サイクル数で2,000回～4,000回が多いです。利用頻度にもよりますが、一日1回充放電するとして、約5年～10年は使えます。リン酸鉄を採用したJackeryポータブル電源PlusとNewシリーズの場合、寿命のサイクル数を使い切った後でも出荷時の70％以上の容量を維持できるので、10年以上もご利用いただけます。

②リン酸鉄リチウムイオンバッテリーを長持ちする方法は？

 リン酸鉄リチウムイオンバッテリーを長持ちするには、適切な保管と使用を行う必要があります。

・過放電させないこと。

0％の状態のままにしておくとバッテリーの劣化を招きます。

・バッテリー残量が20％になった段階で充電すること。

・過充電しないこと。

リン酸鉄リチウム電池が満充電になったら、コンセントを抜くように。フル充電した後もコンセントを挿しっぱなしにする場合、過充電が引き起こし、電池の劣化につながります。

・高温環境での保管と利用を避けること。

国立研究開発法人科学技術振興機構　低炭素社会戦略センターが2020年3月に公表した調査報告書「リチウムイオン電池の劣化挙動調査」では、リン酸鉄リチウムイオン電池を保存した場合の劣化試験を行った結果、温度が25℃で保管する場合400日でも100％の容量を維持でき、劣化が進みにくいが、温度が40度だと400日で94％、60℃だと80％以下と劣化が徐々に進みやすくなります。

・充電しながら給電しないこと。パススルー充電を対応できないリン酸鉄リチウムイオンバッテリー製品では、本体に充電しながら機器に給電することはやめてください。

まとめ

リン酸鉄リチウムイオンバッテリーは、三元系リチウムイオンバッテリーに代わる新たなリチウムイオンバッテリーとして徐々に活用され始めています。寿命の長さや事故放電率の低さ、安全性の高さなどが大きなメリットです。

Jackery（ジャクリ） もこれまでは三元系リチウムイオンバッテリーを採用していましたが、新たにリン酸鉄リチウムイオンバッテリーを用いたポータブル電源を発売しました。従来製品の倍以上の寿命や、最大12kWh(直列）の大容量まで拡張できる点が魅力なので、これからポータブル電源の購入を考えている方はぜひ検討してみてください。