【容量の算出】リン酸鉄リチウムの理論容量を算出する方法(コピー)

【理論容量の算出】リン酸鉄リチウムの理論容量を算出する方法

 

スマホ向けのバッテリーや電気自動車向けバッテリー、家庭用蓄電池を始めとしたリチウムイオン電池において、更なる高容量化、高電圧化、高エネルギー密度化に向けて、各企業で様々な研究開発が進められています。

 

このリチウムイオン電池の容量やエネルギー密度の設計を行う際、電池設計シートと呼ばれるフォーマットを用いて、容量やエネルギー密度の計算を行います。(※電池の容量の計算方法の概要はこちらで解説しています)

 

そして、容量や電圧、エネルギー密度に大きく関わる電池の構成として、活物質の種類が挙げられます。

 

特に最近では、家庭用蓄電池向けのリチウムイオン電池、電池システムも徐々に普及し始めており、その中でも正極活物質にリン酸鉄リチウムを使用した電池が採用される場合があります。

 

このページでは、正極活物質として代表的なリン酸鉄リチウムに関する

 

・リン酸鉄酸リチウムの理論容量の算出方法

 

・リン酸鉄リチウムの代表的な物性(理論容量、真密度等)

 

というテーマで解説しています。

 

 

リン酸鉄リチウムの理論容量の算出方法@ 対称物質と電子の移動量を考える

 

リン酸鉄リチウムの理論容量を計算するためには、リチウムイオン電池の充放電時に出入りするLiイオンの量がどの程度かを知る必要があります。

 

リン酸鉄リチウムの結晶構造は、オリビン型の結晶構造をとり、リン酸鉄リチウム酸リチウム1molに対してLiイオンが1mol入った状態が完全に放電された場合の状態となります。

 

(結晶構造が非常に安定であるため、熱的安定性がコバルト酸リチウム、マンガン酸リチウムよりも高く、過充電や内部短絡、外部短絡などの各種安全性が高い材料として注目されています。)

 

つまり、理論容量としては上述の通り、リン酸鉄リチウム1molに対してLiイオンが1mol動く場合の電気量に相当するといえます。

 

リチウムイオンの反応は Li+ + e- → Li とLiイオン1molに対して、電子が1mol動く一価の反応です。

 

つまり、リン酸鉄リチウム1molに対して電子1molが動く反応とも言い換えることが出来ます

 

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マンガン酸リチウムの理論容量の算出方法A ファラデーの法則を適用        単位CをAhやmAhに変換する

コバルト酸リチウム、マンガン酸リチウム同様の計算方法でリン酸鉄リチウムの理論容量を算出することができます。

 

めっきの原理などにおいても解説していますが、上述のような電気化学反応ファラデーの法則に従います。

 

つまり、96500C/molが動き、C=A・s=A・h/3600であることから26.81 Ahの電気量が動く計算となります。

 

リン酸鉄リチウムの1mol辺りの質量は157.8g/molであることから、26.81Ah × 1000 mAh/Ah ÷ 157.8 g/mol ≒ 170mAh/gという理論容量が算出されます

 

理論容量の考え方はとてもシンプルですが、重要ですのできちんと押さえておきましょう。

 

(※リン酸鉄リチウムの反応についてはこちらで解説しています)

 

他の活物質に関する理論容量も同様の手順で算出することができます。

 

 

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