Mana yang lebih baik untuk NMC, NCA dan LFP baterai, lithium karbonat atau lithium hidroksida?
| Jerry Huang
Karena pasar EV, HEV, PHEV & pasar penyimpanan energi global terus tumbuh, industri baterai lithium ion juga didorong untuk booming, yang mengkonsumsi volume besar lithium karbonat dan lithium hidroksida saat ini. Tapi mana yang lebih baik untuk baterai lithium ternary NMC/NCA dan baterai LFP, lithium karbonat atau lithium hidroksida? Mari kita lihat beberapa perbandingan antara kedua garam lithium ini dan kinerjanya dalam proses produksi baterai.
Perbandingan Stabilitas - Bahan katoda Nikel Mangan Cobalt (NMC) yang dibuat dengan litium karbonat memiliki kapasitas pelepasan spesifik 165mAh/g, dengan tingkat retensi kapasitas 86% pada siklus ke-400, sedangkan bahan baterai yang dibuat dengan litium hidroksida memiliki pelepasan spesifik kapasitas 171mAh/g, dengan tingkat retensi kapasitas 91% tinggi pada siklus ke-400. Saat siklus hidup meningkat, kurva lingkaran hidup penuh lebih mulus, dan kinerja pengisian dan pengosongan lebih stabil dengan bahan yang diproses dari litium hidroksida daripada yang diproses dari litium karbonat. Selain itu, yang terakhir memiliki kapasitas cepat memudar setelah sekitar 350 siklus. Produsen baterai Lithium Nickel Cobalt Aluminium oxides (NCA), seperti Panasonic, Tesla dan LG Chem, telah lama menggunakan lithium hidroksida sebagai sumber lithium mereka.
Perbandingan Suhu Sintering - Sintering merupakan langkah yang sangat penting dalam preparasi bahan katoda NMC/NCA. Suhu sintering memiliki dampak signifikan pada kapasitas, efisiensi dan kinerja siklus material, dan juga memiliki dampak tertentu pada residu garam lithium dan tingkat pH material. Penelitian telah menunjukkan bahwa ketika lithium hidroksida digunakan sebagai sumber lithium, suhu sintering yang rendah sudah cukup untuk mendapatkan bahan dengan kinerja elektrokimia yang sangat baik; sedangkan jika lithium karbonat digunakan, suhu sintering harus 900+℃ untuk mendapatkan bahan dengan kinerja elektrokimia yang stabil.
Sepertinya lithium hidroksida lebih baik daripada lithium karbonat sebagai sumber lithium. Padahal sebenarnya, lithium karbonat juga sering digunakan dalam produksi bahan katoda NMC (NMC111, NMC442, NMC532, NMC622) dan baterai LFP. Mengapa? Kemurnian lithium lithium hidroksida berfluktuasi lebih dari lithium karbonat, dan lithium hidroksida lebih korosif daripada lithium karbonat. Oleh karena itu banyak produsen cenderung menggunakan lithium karbonat untuk produksi bahan katoda NMC dan baterai LFP.
Bahan katoda NMC biasa dan baterai LFP cenderung menggunakan lithium karbonat, sedangkan bahan katoda NMC811 dan NCA yang kaya Ni lebih menyukai lithium hidroksida. Alasannya terletak tepat pada hal-hal berikut:
Bahan NMC811/NCA yang kaya Ni ternary membutuhkan suhu sintering yang rendah, jika tidak maka akan menyebabkan kerapatan tap yang rendah dan tingkat kinerja pengisian & pengosongan yang rendah pada baterai. Misalnya, NCM811 perlu dikontrol sedikit lebih rendah dari 800℃, dan NCM90505 perlu sekitar 740℃. Ini jauh lebih rendah dari 900℃.
Ketika kita memeriksa titik leleh kedua garam litium ini, kita akan menemukan litium karbonat 720℃, sedangkan litium hidroksida monohidrat hanya 471℃. Faktor lain adalah bahwa, selama proses sintesis, litium hidroksida cair dapat dicampur secara merata dan penuh dengan prekursor NMC/NCA, sehingga mengurangi residu litium pada permukaan, menghindari pembentukan karbon monoksida dan meningkatkan kapasitas pelepasan spesifik bahan. Menggunakan lithium hidroksida juga mengurangi pencampuran kation dan meningkatkan stabilitas siklus. Jadi lithium hidroksida adalah pilihan yang harus dipilih untuk produksi bahan katoda NCA. Baterai Lithium ion Panasonic 18650 yang terkenal menggunakan lithium hidroksida, sebagai contoh.
Terlepas dari alasan di atas, dengan meningkatkan kandungan nikel dalam baterai lithium ion, kepadatan energi baterai ternay ini meningkat, dengan sedikit kobalt yang terlibat dan membawa hasil penting dari pengurangan biaya pada saat yang sama.
Cukup jelas hari ini, dari peneliti dan produsen baterai lithium-ion, bahwa lithium karbonat adalah pilihan yang baik untuk bahan katoda NMC biasa dan baterai LFP; sedangkan baterai lithium hidroksida monohidrat lebih disukai untuk bahan katoda NMC811, bahan katoda NCA dan bahkan beberapa bahan LFP.
Umumnya, setiap baterai NMC/NCA kaya Ni 1GWH mengkonsumsi sekitar 780 ton lithium hidroksida. Dengan meningkatnya permintaan baterai NMC/NCA ini, permintaan lithium hidroksida diperkirakan akan meningkat secara substansial dalam lima tahun mendatang.
Sumber 1: http://news.cnpowder.com.cn/55202.html
Sumber 2: http://www.juda.cn/news/149069.html