Quelle est la meilleure pour batterie NMC, NCA et LFP, carbonate de lithium ou de l'hydroxyde de lithium?
| Jerry Huang
Alors que les marchés mondiaux des VE, HEV, PHEV et des marchés du stockage d'énergie continuent de croître, l'industrie des batteries lithium-ion est également en plein essor, qui consomme aujourd'hui un grand volume de carbonate de lithium et d'hydroxyde de lithium. Mais lequel est le meilleur pour la batterie au lithium ternaire NMC/NCA et la batterie LFP, le carbonate de lithium ou l'hydroxyde de lithium ? Jetons un coup d'œil à quelques comparaisons entre ces deux sels de lithium et leurs performances dans le processus de production de batteries.
Comparaison sur la stabilité - Le matériau cathodique Nickel Manganèse Cobalt (NMC) préparé avec du carbonate de lithium a une capacité de décharge spécifique de 165mAh/g, avec un taux de rétention de capacité de 86% au 400ème cycle, tandis que les matériaux de batterie préparés avec de l'hydroxyde de lithium ont une décharge spécifique capacité de 171 mAh/g, avec un taux de rétention de capacité de 91 % élevé au 400e cycle. À mesure que la durée de vie du cycle augmente, la courbe du cycle de vie complet est plus lisse et les performances de charge et de décharge sont plus stables avec le matériau traité à partir d'hydroxyde de lithium que ceux traités à partir de carbonate de lithium. De plus, ce dernier a une capacité de décoloration rapide après environ 350 cycles. Les producteurs de batteries Lithium Nickel Cobalt Aluminium Oxydes (NCA), tels que Panasonic, Tesla et LG Chem, utilisent depuis longtemps l'hydroxyde de lithium comme source de lithium.
Comparaison de la température de frittage - Le frittage est une étape très importante dans la préparation des matériaux cathodiques NMC/NCA. La température de frittage a un impact significatif sur la capacité, l'efficacité et les performances du cycle du matériau, et elle a également un certain impact sur les résidus de sel de lithium et le niveau de pH du matériau. Des recherches ont montré que lorsque l'hydroxyde de lithium est utilisé comme source de lithium, une faible température de frittage suffit pour obtenir des matériaux avec d'excellentes performances électrochimiques ; tandis que si le carbonate de lithium est utilisé, la température de frittage doit être de 900+℃ pour obtenir des matériaux aux performances électrochimiques stables.
Il semble que l'hydroxyde de lithium soit meilleur que le carbonate de lithium comme source de lithium. Bien qu'en réalité, le carbonate de lithium soit également souvent utilisé dans la production de matériaux de cathode NMC (NMC111, NMC442, NMC532, NMC622) et de batteries LFP. Pourquoi? La pureté du lithium de l'hydroxyde de lithium fluctue plus que celle du carbonate de lithium, et l'hydroxyde de lithium est plus corrosif que le carbonate de lithium. Par conséquent, de nombreux fabricants ont tendance à utiliser du carbonate de lithium pour la production de matériaux de cathode NMC et de batterie LFP.
Les matériaux de cathode NMC ordinaires et la batterie LFP ont tendance à utiliser du carbonate de lithium, tandis que les matériaux de cathode NMC811 et NCA riches en Ni sont en faveur de l'hydroxyde de lithium. Les raisons reposent exactement sur les éléments suivants :
Le matériau ternaire NMC811/NCA riche en Ni nécessite une faible température de frittage, sinon il entraînera une faible densité de prise et de faibles performances de charge et de décharge sur la batterie. Par exemple, le NCM811 a besoin qu'il soit contrôlé un peu plus bas que 800℃, et le NCM90505 a besoin qu'il soit à environ 740℃. Il est bien inférieur à 900℃.
Lorsque nous vérifions le point de fusion de ces deux sels de lithium, nous constaterons que le carbonate de lithium est de 720 , tandis que l'hydroxyde de lithium monohydraté n'est que de 471 ℃. Un autre facteur est que, pendant le processus de synthèse, l'hydroxyde de lithium fondu peut être mélangé uniformément et complètement avec le précurseur NMC/NCA, réduisant ainsi les résidus de lithium sur les surfaces, évitant la génération de monoxyde de carbone et améliorant la capacité de décharge spécifique du matériau. L'utilisation d'hydroxyde de lithium réduit également le mélange des cations et améliore la stabilité du cycle. Ainsi, l'hydroxyde de lithium est un choix incontournable pour la production de matériaux de cathode NCA. La célèbre batterie lithium-ion Panasonic 18650 utilise de l'hydroxyde de lithium, par exemple.
Malgré les raisons ci-dessus, en augmentant la teneur en nickel dans les batteries lithium-ion, la densité énergétique de ces batteries ternay augmente en conséquence, avec moins de cobalt impliqué et apporte un résultat important de réduction des coûts en même temps.
Il est assez clair aujourd'hui, de la part des chercheurs et des fabricants de batteries lithium-ion, que le carbonate de lithium est un bon choix pour le matériau de cathode NMC ordinaire et la batterie LFP ; tandis que la qualité de batterie monohydratée à l'hydroxyde de lithium est préférable pour les matériaux de cathode NMC811 riches en Ni et même certains matériaux LFP.
Généralement, chaque batterie NMC/NCA riche en Ni de 1 GWH consomme environ 780 tonnes d'hydroxyde de lithium. Avec la demande croissante de ces batteries NMC/NCA, la demande d'hydroxyde de lithium devrait augmenter considérablement au cours des cinq prochaines années.
Source 1 : http://news.cnpowder.com.cn/55202.html
Source 2 : http://www.juda.cn/news/149069.html