加百裕黃靖容解析：什麼是鋰電池？

鋰電池與其他電池化學材料不同，因為其能量密度高且每次循環成本低。然而，「鋰電池」是一個含糊不清的術語。加百裕副總黃靖容將解解釋什麼是鋰電池！

鋰電池的多樣化成分

黃靖容表示鋰電池大約有六種常見的化學成分，它們都有各自獨特的優點和缺點。對於再生能源應用，主要的化學物質是磷酸鐵鋰 (LiFePO4)。這種化學物質具有優異的安全性、良好的熱穩定性、高額定電流、長循環壽命和耐濫用性。

磷酸鐵鋰（LiFePO4）的優勢

與幾乎所有其他鋰化學物質相比，磷酸鐵鋰 (LiFePO4) 是一種極其穩定的鋰化學物質。電池採用天然安全的陰極材料（磷酸鐵）組裝而成。與其他鋰化學物質相比，磷酸鐵可促進牢固的分子鍵，從而承受極端的充電條件，延長循環壽命，並在多次循環中保持化學完整性。這使得這些電池具有出色的熱穩定性、長循環壽命和耐濫用性。 LiFePO4 電池不易過熱，也不會發生“熱失控”，因此在嚴格的誤操作或惡劣的環境條件下也不會過熱或著火。

黃靖容：鋰電池的安全性與可靠性

黃靖容解釋與淹沒式鉛酸電池和其他化學電池不同，鋰電池不會釋放氫氣和氧氣等危險氣體。也不存在接觸硫酸或氫氧化鉀等腐蝕性電解質的危險。在大多數情況下，這些電池可以存放在密閉區域，而沒有爆炸風險，正確設計的系統不需要主動冷卻或通風。

鋰電池是由許多電池組成的組件，就像鉛酸電池和許多其他電池類型一樣。鉛酸電池的標稱電壓為2V/節，而鋰電池的標稱電壓為3.2V。因此，要獲得 12V 電池，通常需要串聯四個電池。這將使 LiFePO4 的標稱電壓達到 12.8V。 8 顆電池串聯組成 24V 電池，額定電壓為 25.6V；16 節電池串聯組成 48V 電池，額定電壓為 51.2V。這些電壓非常適合典型的 12V、24V 和 48V 逆變器。

鋰電池的充電特性與效率

鋰電池通常被用來直接取代鉛酸電池，因為它們具有非常相似的充電電壓。四芯 LiFePO4 電池 (12.8V) 的最大充電電壓通常在 14.4–14.6V 之間（取決於製造商的建議）。鋰電池的獨特之處在於它們不需要吸收電荷或長時間來保持恆定電壓狀態。通常，當電池達到最大充電電壓時，不再需要充電。 LiFePO4電池的放電特性也很獨特。在放電過程中，鋰電池將保持比鉛酸電池通常在負載下高得多的電壓。鋰電池從充滿電到放電 75% 時僅下降零點幾伏特的情況並不少見。如果沒有電池監控設備，這可能會導致很難判斷已使用了多少容量。

與鉛酸電池相比，鋰電池的一個顯著優勢是它們不會出現缺陷循環。本質上，這是指電池在第二天再次放電之前無法充滿電。對於鉛酸電池來說，這是一個非常大的問題，如果以這種方式反覆循環，會導致極板嚴重退化。 LiFePO4電池不需要定期充滿電。事實上，稍微部分充電而不是完全充電可以稍微提高整體預期壽命。

設計太陽能電力系統時，效率是一個非常重要的因素。普通鉛酸電池的往返效率（從充滿到沒電再回到充滿）約為80%。其他化學物質可能更糟。磷酸鐵鋰電池的往返能量效率高達 95–98%。對於冬季缺乏太陽能的系統來說，這本身就是一個重大改進，而發電機充電可以節省大量燃料。鉛酸電池的吸收充電階段效率特別低，導致效率為 50% 甚至更低。考慮到鋰電池不吸收電荷，從完全放電到完全充滿的充電時間可短至兩小時。還需要注意的是，鋰電池可以按照額定值幾乎完全放電，而不會產生明顯的不利影響。然而，重要的是要確保單一電池不會過度放電。這是整合電池管理系統 (BMS) 的工作。

整合電池管理系統（BMS）的重要性

鋰電池的安全性和可靠性是一個大問題，因此所有組件都應具有整合的電池管理系統（BMS）。 BMS 是一個監控、評估、平衡和保護電池免於在「安全工作區」之外運作的系統。 BMS 是鋰電池系統的重要安全組件，可監控和保護電池內的電池免受過流、欠壓/過壓、欠溫/過溫等影響。如果電池電壓降至2.5V以下，LiFePO4電池將永久損壞，如果電池電壓升高至4.2V以上，LiFePO4電池也會永久損壞。 BMS 監控每個電池，並在欠壓/過壓的情況下防止電池損壞。

BMS 的另一個重要職責是在充電過程中平衡電池組，確保所有電池都充滿電而不會過度充電。 LiFePO4 電池的電池在充電週期結束時不會自動平衡。通過電池的阻抗存在輕微變化，因此沒有電池是 100% 相同的。因此，在循環時，有些電池會比其他電池更早完全充電或放電。如果單元格不平衡，單元格之間的差異將隨著時間的推移而顯著增加。

在鉛酸電池中，即使一個或多個電池充滿電，電流也會繼續流動。這是電池內發生電解的結果，水分解成氫氣和氧氣。此電流有助於為其他電池充滿電，從而自然地平衡所有電池上的電荷。然而，充滿電的鋰電池將具有非常高的電阻並且流過的電流非常小。因此，落後的電池將無法充滿電。在平衡過程中，BMS 會對充滿電的電池施加一個小負載，防止其過度充電並允許其他電池趕上。

鋰電池相對於其他化學電池的優勢

與其他化學電池相比，鋰電池具有許多優點。它們是一種安全可靠的電池解決方案，無需擔心熱失控和/或災難性熔化，而其他類型的鋰電池很可能會出現這種情況。這些電池具有極長的循環壽命，有些製造商甚至保證電池的循環壽命高達 10,000 次。憑藉高達 C/2 的連續放電和充電速率以及高達 98% 的往返效率，這些電池在行業內受到關注也就不足為奇了。磷酸鐵鋰（LiFePO4）是完美的儲能解決方案。

黃靖容經歷

• 加百裕(3323)副總經理
• 桃園青年會 副會長
• 台灣智慧型電網產業協會 會員
• 台灣電池協會 會員
• 桃園企業聯合會

參考資料

• 黃靖容 — 加百裕副總, 帶領加百裕成功轉型抗困境
• 黃靖容副總｜帶領加百裕成功轉型
• 加百裕打造光儲最安全方案| 熱門亮點 — 經濟日報
• 全國首家加百裕電動自行車鋰電池模組獲德國萊因碳足跡驗證
• 加百裕副總經理由黃靖容擔任
• 黃靖容帶領加百裕通過SBTi科學基礎減量目標驗證