定義
LFPバッテリーとは、プラス極(正極材)にリチウムとともに鉄(Fe)とリン酸(PO4)を使って作られるリチウムイオン電池の一種です。高価で希少なコバルトやニッケルの代わりに安価で入手しやすい鉄を用いるため製造コストを抑えやすく、内部の化学構造が極めて安定していて熱暴走を起こしにくいタフさが最大の特徴です。
なぜ火に強く、長持ちするのでしょうか?
割れやすい薄いガラス鍋と、分厚く頑丈な土鍋を思い浮かべてみてください。土鍋は強火にかけても簡単には形が崩れたり割れたりしませんよね。LFPバッテリーはまさにこの土鍋のような性質を持っています。
バッテリーの内部をのぞくと、酸素と鉄、リン原子が強固な網目構造を作ってガッチリと結びついています。そのため、外部から強い衝撃を受けたり内部温度が急上昇したりする異常事態でも、酸素が外へ簡単に飛び出してきません。物が燃え広がるには酸素が欠かせませんが、酸素をギュッと抱え込んで離さないため、一般的なリチウムイオン電池に比べて熱暴走が極めて起こりにくいのです。ただし、電解液自体は可燃性物質なので、火災リスクが完全にゼロというわけではありません。
さらに、充放電の際にリチウムイオンが出入りしても結晶の基本骨格が崩れにくく、作動電圧が比較的低いため内部の副反応も少なめです。そのおかげで一般的な三元系バッテリーよりもサイクル寿命が長い傾向にあり、何千回も繰り返し充電しても性能が落ちにくいという強みを持っています。
しかし重く、寒さに弱いという弱点も
どっしり頑丈な土鍋を持ち歩くのが大変なように、LFPバッテリーにも明確な技術的限界があります。それは、同じ重さや体積の中に蓄えられる電気の量、つまりエネルギー密度が比較的低いという点です。
電気自動車(EV)が一回の充電で長い距離を走れるようにするには、車体にバッテリーをより大きく重く載せなければなりません。そのため、かつては長距離を走る高級EVよりも、街乗りが中心のエントリーモデルEVや、決まった場所に設置する蓄電システム(ESS)を中心に使われていました。
また、寒い冬の気候にめっぽう弱いという一面もあります。気温が氷点下まで下がると、バッテリー内部でリチウムイオンが移動するスピードが急激に落ちてしまうからです。その結果、冬場は充電速度が遅くなり、航続距離が目に見えて短くなる現象が起こります。
少し詳しく:弱点を克服する最新技術
初期のLFPバッテリーは、その重さゆえに「街乗り用の小型車にしか使えない」という限界を抱えていました。しかし近年、バッテリーのパッケージング(組み立て)技術が目覚ましく進化したことで、その評価は一変しました。
かつては、小さなバッテリーセルを『モジュール』という中間ボックスにまとめ、それをさらに大きな『パック』として組み立てていました。しかし最近では、中間ボックスを丸ごと省略し、パックの中に直接セルをギッシリ詰め込むセル・トゥ・パック(Cell-to-Pack / CTP)技術が実用化されました(CTP自体は他のバッテリーにも使われる技術です)。無駄なデッドスペースや部品の重さを削ることで、同じ体積により多くのセルを詰め込めるようになり、LFPの弱点だったエネルギー密度を大きくカバーできるようになったのです。ただし、同世代の技術同士で比べると、パック単位のエネルギー密度は今もNCM(三元系)より低めです。
さらに、冬場にバッテリーを適切に温める緻密な温度管理技術なども加わり、LFPバッテリーは今や単なる『安価な普及版』にとどまらず、EV市場の主力技術の一つとして確固たる地位を築いています。
よくある誤解
LFPバッテリーは技術レベルが低い、安物で旧式のバッテリーである。
エネルギー密度がやや低いだけで、熱に対する安全性や寿命、製造コストの面で非常に優れた先端バッテリー技術です。グローバルな自動車メーカー各社も、主力EVにこぞって採用しています。
日常で出会う場面
テスラのモデルY(RWD仕様)やBYDの電気自動車などに搭載され、車両本体の低価格化に貢献しています。
火災リスクを抑える必要があり、毎日の充放電を繰り返す大型の定置型蓄電システム(ESS)に広く活用されています。
つまり ひとことで
LFPバッテリーは、安価な鉄を使って熱に強く安全性を高めたバッテリーであり、近年のパッケージング技術の進化によって航続距離の差を急速に縮めています。