1.初心者必見！リン酸鉄リチウムイオンバッテリーとは？仕組みや採用製品を解説
リン酸鉄リチウムイオンバッテリーとは、下記3つを主な材料として作られたバッテリーです。
・リチウム（Li）
・鉄（Fe）
・リン（P）
リチウムイオンバッテリーの多くはコバルト・ニッケル・マンガンといった、いわゆる「レアメタル」と呼ばれる元素を用いています。しかしレアメタルのコスト削減やバッテリー化した際の安全性の向上など多数のメリットがあるため、最近ではリン酸鉄リチウムイオンバッテリーを搭載した機器が続々と登場し始めました。
●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 | 三元系リチウム | チタン酸リチウム | |
正極 | リン酸鉄リチウム | コバルト、マンガン、ニッケルを含むリチウム | マンガン酸リチウム |
負極 | カーボン系 | カーボン系 | チタン酸リチウム |
メリット | ・安全性が高い ・寿命が長い | ・大容量 ・性能バランスが良い | ・安全性が高い ・寿命が長い |
デメリット | 作業電圧、エネルギー密度が低い | ショートや発火、破裂のリスクがある | ・ガスが発生しやすい ・作業電圧、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
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。
2. リン酸鉄リチウムイオンバッテリーの６つのメリット
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。
種類 | サイクル回数※ |
リン酸鉄リチウムイオンバッテリー | 2000回~4,000回 |
三元系リチウムイオンバッテリー | 500回~2,000回 |
※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。
3. リン酸鉄リチウムイオン電池の２つのデメリット
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。
4. リン酸鉄リチウムイオンバッテリーと三元系リチウムイオン電池の違い
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。
関連人気記事：バッテリーの容量の見方は？注意点や長持ちさせる3つのコツも解説
5．リン酸鉄リチウムイオンバッテリーを採用したJackeryポータブル電源の魅力とは
リン酸鉄リチウムイオンバッテリーを採用するJackeryポータブル電源は、世界各国の権威ある賞を受賞した実績と98.9％の高いお客様満足度を誇ります。Jackeryポータブル電源の魅力を見ていきましょう。
●最大4,000回の充放電サイクル数
リン酸鉄リチウムイオン電池を採用することで、長寿命を実現しています。ポータブル電源の寿命を測る指標は、サイクル数です。充電量が0%の状態から100%まで充電し、再び0%まで使い切った時を1サイクルとして計算されます。
Jackeryポータブル電源の最大サイクル数は、4,000回と業界トップクラスです。1日に1サイクル使ったとしても、10年以上も使い続けられます。さらに、サイクル数を使い切ったとしても、70％以上の容量を保持できます。
●業界トップクラスのコンパクトと軽量
Jackeryポータブル電源はコンパクトかつ軽量設計なので、持ち運びの負担がかかりません。同クラス帯の他社製品と比較して、最大級の軽量さを実現している機種もあります。
手の平サイズのコンパクトな機種も販売しており、ビジネスやアウトドアで重宝するでしょう。災害時にはリュックに入れて迅速に避難できるので、逃げ遅れる心配もいりません。
●安全性の高さ
Jackeryポータブル電源は、安全に関する客観的な認証を複数取得するほど、高い安全性を誇ります。防災製品等推奨品認証やフェーズフリー認証など、防災に関する認証も取得しているので、災害時の非常用電源にも最適です。
Jackeryポータブル電源に備わっている高い安全性能を紹介します。
- 耐久性と放熱性に優れたポリカーボネート樹脂とABS防火材料を採用する
- BMSとNCM制御機能搭載により、過電流や過放電、過充電などを防ぐ
- 耐震試験に合格しているため、振動や衝撃、落下にも耐える
●最短1時間の高速充電
高速充電も、Jackeryポータブル電源の魅力です。アウトドアでは準備している間にフル充電できるので、思い立ってすぐに現地に向かえます。
「緊急充電モード」を使えば、最短1時間で満充電が可能です。高速充電技術「ChargeShield2.0」は、62種類の保護機能を搭載しているので、バッテリーの安全性も担保してくれます。
●最大5年間の長期保証
リン酸鉄を採用したJackeryポータブル電源は、最大5年間の長期保証が付いているので、万が一故障した際にも安心です。修理規約に基づき、故障個所に合った修理サービスを提供してもらえます。 30日間の返品期間が設けられているので、未使用かつ未開封の場合に限って返品も可能です。
6. リン酸鉄リチウムイオンポータブル電源おすすめ8選
リン酸鉄リチウムイオン電池を使ったポータブル電源おすすめを紹介します。小容量から中容量まで使用用途に合わせてあなたに合ったものを選んでください。
●Jackery ポータブル電源 2000 New
●定格出力は2,200W。 99％以上の家電7台を同時に動かせる
●2,000Whクラスで最軽量を実現（40％の小型化と34％の軽量化）
●IEC60068-3-3耐震試験に合格し、震度7までの地震に耐える
●AC充電で最短1.7時間で満充電できる
●世界で初めてCTB技術を採用し、エネルギー効率と強度が向上
●Jackery ポータブル電源 1000 New
●容量は1,070Wh。テレビ(60W)を12時間、電気毛布(55w)を12時間動かせる
●定格出力は1,500W。家庭にあるほぼ全ての家電を稼働できる
●1000～1500Whクラスで業界最軽量を実現
●ACコンセントで最短1時間で満充電できる
●ソーラーパネル200Wを2枚使えば、最速3時間でフル充電できる
●Jackery ポータブル電源 240 New
●容量256Whでスマホ(29w)なら約11回、ドローン(60w)は約4回フル充電可能
●定格出力300Wで小型冷蔵庫や電気毛布など家電も使える
●パススルー充電とUPS機能を搭載。AC電源1つ、USB3つ、シガーソケット1つの合計5つのポートを搭載
●選べる3つの充電方法で最速1時間満充電できる
●Jackery ポータブル電源 2000 Plus
●ソーラーパネル（200W×6枚）でも最短2時間でフル充電できる。
●定格出力3,000Wでエアコンや電子レンジなど99％の電化製品を動かせる。
●約4,000回の充放電サイクル数を実現。
●冷蔵庫を約70時間、電気毛布を約22時間、スマホを約80回給電できる。
●Jackeryポータブル電源1000Plus
・定格出力が2000W、容量が1264Wh（最大5Kwhまで拡張可能）
・ACコンセントでわずか1.7時間でフル充電
・45℃の高温環境でも効率且つ安全に動作できる高耐温性
・EPS機能の搭載により中断のない電力供給を実現
●Jackery ポータブル電源 600 Plus
●定格出力は800W。冷蔵庫や炊飯器などの800W以下の家電を動かせる
●約7.3kgと軽量コンパクトなボディで、持ち運びしやすい
●4,000回の充放電サイクル数でACから最短1時間でフル充電
●ソーラーパネルで最速4.3時間でフル充電できる
●フェーズフリー認証を取得し、日常時も非常時も重宝する
●Jackeryポータブル電源300Plus
・コンパクトな設計によりリュックに入れるサイズでどこへでも気軽に持っていける
・288Whの容量に加えて、定格出力は300W
・UL規格の耐衝撃性でアウトドアでも安心！アプリによる遠隔操作対応で便利
●Jackeryポータブル電源100Plus
・128Wの定格出力と複数の出力ポート数により、ノートPCやスマホなど複数のデバイスに同時給電できる。
・容量が99Whで飛行機にも持ち込めるので、出張や旅行にぴったり。
・約2,000サイクルを充放電しても出荷時の80％以上の容量を維持できる。
7．リン酸鉄リチウムイオンバッテリーとソーラーパネルを併用するメリット
リン酸鉄リチウムイオンバッテリーは、ソーラーパネルと組み合わせると真価を発揮します。ソーラーパネルで太陽光発電した電気をリン酸鉄のポータブル電源に蓄電すれば、電気の自給自足が実現可能です。
キャンプや車中泊などのアウトドアでは、ソーラーパネルがあることで充電残量を気にせずに家電をフル活用できます。災害による停電が復旧するまでに時間を要したとしても、電気に困る心配はいりません。電気代はかからないので、節電対策にも効果的です。
Jackeryは、リン酸鉄を採用したポータブル電源とソーラーパネルのセット「Jackery Solar Generator」も販売しています。ソーラーパネルの主な特徴は、以下のとおりです。
●最大25％の業界最高レベルの発電効率を実現する
●防水レベルはIP68に対応しているため、雨に濡れても故障の心配がいらない
●折りたたむとコンパクトサイズになるタイプも販売している
関連記事：【最新版】家庭用ソーラー発電機のおすすめ9選|選び方から効率の良い発電方法まで
8. リン酸鉄リチウムイオンバッテリーに関するよくある質問
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。
関連記事：リチウムイオン電池を長持ちさせる充電方法は？充電できない理由や対策も紹介まとめ
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。
コメント