¿Cuál es mejor para la batería NMC, NCA y LFP, carbonato de litio o hidróxido de litio?
| Jerry Huang
A medida que continúan creciendo los mercados mundiales de vehículos eléctricos, vehículos eléctricos y vehículos eléctricos (HEV) y los mercados de almacenamiento de energía, la industria de las baterías de iones de litio también está en auge, que consume un gran volumen de carbonato de litio e hidróxido de litio en la actualidad. Pero, ¿cuál es mejor para la batería de litio ternaria NMC / NCA y la batería LFP, el carbonato de litio o el hidróxido de litio? Echemos un vistazo a algunas comparaciones entre estas dos sales de litio y su desempeño en el proceso de producción de baterías.
Comparación de estabilidad : el material del cátodo de níquel, manganeso y cobalto (NMC) preparado con carbonato de litio tiene una capacidad de descarga específica de 165 mAh / g, con una tasa de retención de capacidad del 86% en el ciclo 400, mientras que los materiales de la batería preparados con hidróxido de litio tienen una descarga específica capacidad de 171 mAh / g, con una tasa de retención de capacidad del 91% en el ciclo 400. A medida que aumenta el ciclo de vida, la curva del ciclo de vida completo es más suave y el rendimiento de carga y descarga es más estable con el material procesado a partir de hidróxido de litio que con los procesados a partir de carbonato de litio. Además, este último tiene un rápido desvanecimiento de la capacidad después de unos 350 ciclos. Los productores de baterías de óxidos de litio, níquel, cobalto y aluminio (NCA), como Panasonic, Tesla y LG Chem, llevan mucho tiempo utilizando hidróxido de litio como fuente de litio.
Comparación de la temperatura de sinterización : la sinterización es un paso muy importante en la preparación de materiales de cátodo NMC / NCA. La temperatura de sinterización tiene un impacto significativo en la capacidad, la eficiencia y el rendimiento del ciclo del material, y también tiene cierto impacto en los residuos de sal de litio y el nivel de pH del material. La investigación ha demostrado que cuando se utiliza hidróxido de litio como fuente de litio, una temperatura de sinterización baja es suficiente para obtener materiales con excelente desempeño electroquímico; mientras que si se usa carbonato de litio, la temperatura de sinterización debe ser de 900 + ℃ para obtener materiales con desempeño electroquímico estable.
Parece que el hidróxido de litio es mejor que el carbonato de litio como fuente de litio. Si bien en realidad, el carbonato de litio también se usa a menudo en la producción de materiales de cátodo NMC (NMC111, NMC442, NMC532, NMC622) y baterías LFP. ¿Por qué? La pureza de litio del hidróxido de litio fluctúa más que el carbonato de litio, y el hidróxido de litio es más corrosivo que el carbonato de litio. Por lo tanto, muchos fabricantes tienden a usar carbonato de litio para la producción de materiales de cátodo NMC y baterías LFP.
Los materiales de cátodo NMC comunes y la batería LFP tienden a usar carbonato de litio, mientras que los materiales de cátodo NMC811 y NCA ricos en Ni están a favor del hidróxido de litio. Las razones se basan exactamente en lo siguiente:
El material ternario NMC811 / NCA rico en Ni requiere una temperatura de sinterización baja, de lo contrario causará una baja densidad de derivación y una baja tasa de carga y descarga de la batería. Por ejemplo, NCM811 necesita que se controle un poco por debajo de 800 ℃, y NCM90505 necesita que esté a aproximadamente 740 ℃. Es mucho más bajo que 900 ℃.
Cuando verifiquemos el punto de fusión de estas dos sales de litio, encontraremos que el carbonato de litio es de 720 ℃, mientras que el hidróxido de litio monohidrato es de solo 471 ℃. Otro factor es que, durante el proceso de síntesis, el hidróxido de litio fundido puede mezclarse uniforme y completamente con el precursor NMC / NCA, reduciendo así los residuos de litio en las superficies, evitando la generación de monóxido de carbono y mejorando la capacidad de descarga específica del material. El uso de hidróxido de litio también reduce la mezcla de cationes y mejora la estabilidad del ciclo. Por lo tanto, el hidróxido de litio es una elección obligada para la producción de materiales de cátodo NCA. La conocida batería de iones de litio Panasonic 18650 utiliza hidróxido de litio, como ejemplo.
A pesar de las razones anteriores, al aumentar el contenido de níquel en las baterías de iones de litio, la densidad de energía de estas baterías ternay aumenta en consecuencia, con menos cobalto involucrado y, al mismo tiempo, trae un resultado importante de reducción de costos.
Hoy en día, los investigadores y fabricantes de baterías de iones de litio tienen bastante claro que el carbonato de litio es una buena opción para el material de cátodo NMC ordinario y la batería LFP; mientras que el grado de batería de hidróxido de litio monohidrato es preferible para NMC811 ricos en Ni, materiales de cátodos NCA e incluso algunos materiales LFP.
Generalmente, cada batería NMC / NCA rica en Ni de 1GWH consume aproximadamente 780 toneladas de hidróxido de litio. Con la creciente demanda de estas baterías NMC / NCA, se espera que la demanda de hidróxido de litio aumente sustancialmente en los próximos cinco años.
Fuente 1: http://news.cnpowder.com.cn/55202.html
Fuente 2: http://www.juda.cn/news/149069.html