Qual è la migliore per la batteria NMC, NCA e LFP, carbonato di litio o idrossido di litio?
| Jerry Huang
Mentre i mercati globali di EV, HEV, PHEV e i mercati dell'accumulo di energia continuano a crescere, anche il settore delle batterie agli ioni di litio è guidato a crescere, che consumano oggi grandi volumi di carbonato di litio e idrossido di litio. Ma quale è meglio per la batteria al litio ternaria NMC/NCA e la batteria LFP, carbonato di litio o idrossido di litio? Diamo un'occhiata ad alcuni confronti tra questi due sali di litio e le loro prestazioni nel processo di produzione della batteria.
Confronto sulla stabilità - Il materiale del catodo di nichel manganese cobalto (NMC) preparato con carbonato di litio ha una capacità di scarica specifica di 165 mAh/g, con un tasso di ritenzione della capacità dell'86% al 400° ciclo, mentre i materiali della batteria preparati con idrossido di litio hanno una scarica specifica capacità di 171 mAh/g, con un tasso di ritenzione della capacità del 91% alto al 400° ciclo. All'aumentare della durata del ciclo, la curva del ciclo di vita completo è più uniforme e le prestazioni di carica e scarica sono più stabili con il materiale lavorato dall'idrossido di litio rispetto a quello lavorato dal carbonato di litio. Inoltre, quest'ultimo ha una capacità di dissolvenza rapida dopo circa 350 cicli. I produttori di batterie agli ossidi di alluminio e nichel-cobalto (NCA), come Panasonic, Tesla e LG Chem, utilizzano da tempo l'idrossido di litio come fonte di litio.
Confronto sulla temperatura di sinterizzazione - La sinterizzazione è un passaggio molto importante nella preparazione dei materiali catodici NMC/NCA. La temperatura di sinterizzazione ha un impatto significativo sulla capacità, l'efficienza e le prestazioni del ciclo del materiale e ha anche un certo impatto sui residui di sale di litio e sul livello di pH del materiale. La ricerca ha dimostrato che quando si utilizza idrossido di litio come fonte di litio, è sufficiente una bassa temperatura di sinterizzazione per ottenere materiali con eccellenti prestazioni elettrochimiche; mentre se si utilizza il carbonato di litio, la temperatura di sinterizzazione deve essere 900+℃ per ottenere materiali con prestazioni elettrochimiche stabili.
Sembra che l'idrossido di litio sia migliore del carbonato di litio come fonte di litio. Mentre in realtà, il carbonato di litio viene spesso utilizzato anche nella produzione di materiali catodici NMC (NMC111, NMC442, NMC532, NMC622) e batterie LFP. Come mai? La purezza del litio dell'idrossido di litio fluttua più del carbonato di litio e l'idrossido di litio è più corrosivo del carbonato di litio. Pertanto molti produttori tendono a utilizzare il carbonato di litio per la produzione di materiali catodici NMC e batterie LFP.
I materiali catodici NMC ordinari e la batteria LFP tendono a utilizzare il carbonato di litio, mentre i materiali catodici NMC811 e NCA ricchi di Ni sono a favore dell'idrossido di litio. Le ragioni riposano esattamente su quanto segue:
Il materiale ternario NMC811/NCA ricco di Ni richiede una bassa temperatura di sinterizzazione, altrimenti causerà una bassa densità di presa e una bassa velocità di carica e scarica della batteria. Ad esempio, NCM811 richiede che sia controllato un po' al di sotto di 800 e NCM90505 richiede che sia a circa 740 . È molto più basso di 900℃.
Quando controlliamo il punto di fusione di questi due sali di litio, troveremo che il carbonato di litio è 720℃, mentre l'idrossido di litio monoidrato è solo 471℃. Un altro fattore è che, durante il processo di sintesi, l'idrossido di litio fuso può essere miscelato uniformemente e completamente con il precursore NMC/NCA, riducendo così i residui di litio sulle superfici, evitando la generazione di monossido di carbonio e migliorando la capacità di scarico specifica del materiale. L'uso dell'idrossido di litio riduce anche la miscelazione dei cationi e migliora la stabilità del ciclo. Pertanto, l'idrossido di litio è una scelta obbligata per la produzione di materiali catodici NCA. La famosa batteria agli ioni di litio Panasonic 18650 utilizza l'idrossido di litio, come esempio.
Nonostante le ragioni sopra esposte, aumentando il contenuto di nichel nelle batterie agli ioni di litio, la densità energetica di queste batterie ternay aumenta di conseguenza, con meno cobalto coinvolto e porta allo stesso tempo un importante risultato di riduzione dei costi.
È abbastanza chiaro oggi, dai ricercatori e dai produttori di batterie agli ioni di litio, che il carbonato di litio è una buona scelta per il normale materiale del catodo NMC e la batteria LFP; mentre il grado di batteria all'idrossido di litio monoidrato è preferibile per i materiali NMC811 ricchi di Ni, i materiali catodici NCA e persino alcuni materiali LFP.
Generalmente, ogni batteria NMC/NCA ricca di Ni da 1 GWH consuma circa 780 tonnellate di idrossido di litio. Con l'aumento della domanda di queste batterie NMC/NCA, si prevede che la domanda di idrossido di litio aumenterà notevolmente nei prossimi cinque anni.
Fonte 1: http://news.cnpowder.com.cn/55202.html
Fonte 2: http://www.juda.cn/news/149069.html