Welche ist besser für NMC, NCA und LFP-Batterie, Lithiumcarbonat oder Lithiumhydroxid?
| Jerry Huang
Da die globalen EV-, HEV-, PHEV- und Energiespeichermärkte weiter wachsen, boomt auch die Lithium-Ionen-Batterieindustrie, die heute große Mengen an Lithiumcarbonat und Lithiumhydroxid verbrauchen. Aber was ist besser für ternäre NMC/NCA-Lithiumbatterie und LFP-Batterie, Lithiumcarbonat oder Lithiumhydroxid? Werfen wir einen Blick auf einige Vergleiche zwischen diesen beiden Lithiumsalzen und ihrer Leistung im Batterieproduktionsprozess.
Stabilitätsvergleich - Das mit Lithiumcarbonat hergestellte Nickel-Mangan-Kobalt-Kathodenmaterial (NMC) hat eine spezifische Entladekapazität von 165 mAh/g mit einer Kapazitätserhaltungsrate von 86% beim 400. Zyklus, während mit Lithiumhydroxid hergestellte Batteriematerialien eine spezifische Entladung aufweisen Kapazität von 171 mAh/g, mit einer Kapazitätserhaltungsrate von 91% hoch beim 400. Zyklus. Wenn die Zykluslebensdauer zunimmt, ist die gesamte Lebensdauerkurve glatter und die Lade- und Entladeleistung ist bei dem aus Lithiumhydroxid verarbeiteten Material stabiler als bei dem aus Lithiumcarbonat verarbeiteten. Darüber hinaus weist letzteres nach etwa 350 Zyklen einen schnellen Kapazitätsverlust auf. Hersteller von Lithium-Nickel-Kobalt-Aluminiumoxid-Batterien (NCA) wie Panasonic, Tesla und LG Chem verwenden seit langem Lithiumhydroxid als Lithiumquelle.
Vergleich der Sintertemperatur - Das Sintern ist ein sehr wichtiger Schritt bei der Herstellung von NMC/NCA-Kathodenmaterialien. Die Sintertemperatur hat einen erheblichen Einfluss auf Kapazität, Effizienz und Zyklenleistung des Materials und hat auch einen gewissen Einfluss auf Lithiumsalzrückstände und den pH-Wert des Materials. Untersuchungen haben gezeigt, dass bei Verwendung von Lithiumhydroxid als Lithiumquelle eine niedrige Sintertemperatur ausreicht, um Materialien mit hervorragender elektrochemischer Leistung zu erhalten; während bei Verwendung von Lithiumcarbonat die Sintertemperatur 900+℃ betragen muss, um Materialien mit stabiler elektrochemischer Leistung zu erhalten.
Es sieht so aus, als ob Lithiumhydroxid als Lithiumquelle besser ist als Lithiumcarbonat. Tatsächlich wird Lithiumcarbonat auch häufig bei der Herstellung von NMC-Kathodenmaterialien (NMC111, NMC442, NMC532, NMC622) und LFP-Batterien verwendet. Wieso den? Die Lithiumreinheit von Lithiumhydroxid schwankt stärker als die von Lithiumcarbonat, und Lithiumhydroxid ist korrosiver als Lithiumcarbonat. Daher neigen viele Hersteller dazu, Lithiumcarbonat für die Herstellung von NMC-Kathodenmaterialien und LFP-Batterien zu verwenden.
Gewöhnliche NMC-Kathodenmaterialien und LFP-Batterien verwenden in der Regel Lithiumcarbonat, während Ni-reiche NMC811- und NCA-Kathodenmaterialien Lithiumhydroxid bevorzugen. Die Gründe beruhen genau auf den folgenden:
Das ternäre Ni-reiche NMC811/NCA-Material erfordert eine niedrige Sintertemperatur, andernfalls führt dies zu einer geringen Klopfdichte und einer geringen Lade- und Entladeleistung der Batterie. Zum Beispiel muss NCM811 etwas niedriger als 800℃ und NCM90505 etwa 740℃ eingestellt werden. Es ist viel niedriger als 900℃.
Wenn wir den Schmelzpunkt dieser beiden Lithiumsalze überprüfen, werden wir feststellen, dass Lithiumcarbonat 720 beträgt, während Lithiumhydroxid-Monohydrat nur 471 beträgt. Ein weiterer Faktor ist, dass das geschmolzene Lithiumhydroxid während des Syntheseprozesses gleichmäßig und vollständig mit dem NMC/NCA-Precursor vermischt werden kann, wodurch Lithiumrückstände auf Oberflächen reduziert, die Bildung von Kohlenmonoxid vermieden und die spezifische Entladekapazität des Materials verbessert wird. Die Verwendung von Lithiumhydroxid reduziert auch die Kationenmischung und verbessert die Zyklenstabilität. Daher ist Lithiumhydroxid ein Muss für die Herstellung von NCA-Kathodenmaterialien. Der bekannte Lithium-Ionen-Akku 18650 von Panasonic verwendet als Beispiel Lithiumhydroxid.
Trotz der oben genannten Gründe erhöht sich durch die Erhöhung des Nickelgehalts in Lithium-Ionen-Batterien die Energiedichte dieser Ternay-Batterien mit weniger Kobalt entsprechend und bringt gleichzeitig ein wichtiges Ergebnis der Kostensenkung.
Von Forschern und Herstellern von Lithium-Ionen-Batterien ist heute ziemlich klar, dass Lithiumcarbonat eine gute Wahl für gewöhnliches NMC-Kathodenmaterial und LFP-Batterien ist; während Lithiumhydroxid-Monohydrat-Batteriequalität für Ni-reiche NMC811, NCA-Kathodenmaterialien und sogar einige LFP-Materialien bevorzugt wird.
Im Allgemeinen verbrauchen jede 1 GWh Ni-reiche NMC/NCA-Batterie etwa 780 Tonnen Lithiumhydroxid. Mit steigender Nachfrage nach diesen NMC/NCA-Batterien wird die Nachfrage nach Lithiumhydroxid in den kommenden fünf Jahren voraussichtlich deutlich steigen.
Quelle 1: http://news.cnpowder.com.cn/55202.html
Quelle 2: http://www.juda.cn/news/149069.html