Mana satu yang lebih baik untuk NMC, NCA dan LFP bateri, litium karbonat atau litium hidroksida?
| Jerry Huang
Memandangkan pasaran EV, HEV, PHEV & pasaran storan tenaga global terus berkembang, industri bateri ion litium turut didorong untuk berkembang pesat, yang menggunakan jumlah besar litium karbonat dan litium hidroksida hari ini. Tetapi yang manakah lebih baik untuk bateri litium ternary NMC/NCA dan bateri LFP, litium karbonat atau litium hidroksida? Mari kita lihat beberapa perbandingan antara kedua-dua garam litium ini dan prestasinya dalam proses pengeluaran bateri.
Perbandingan pada Kestabilan - Bahan katod Nikel Mangan Kobalt (NMC) yang disediakan dengan litium karbonat mempunyai kapasiti nyahcas khusus 165mAh/g, dengan kadar pengekalan kapasiti 86% pada kitaran ke-400, manakala bahan bateri yang disediakan dengan litium hidroksida mempunyai nyahcas tertentu kapasiti 171mAh/g, dengan kadar pengekalan kapasiti 91% tinggi pada kitaran ke-400. Apabila hayat kitaran meningkat, lengkung bulatan hayat penuh adalah lebih licin, dan prestasi cas dan nyahcas adalah lebih stabil dengan bahan yang diproses daripada litium hidroksida berbanding yang diproses daripada litium karbonat. Di samping itu, yang terakhir mempunyai kapasiti cepat pudar selepas kira-kira 350 kitaran. Pengeluar bateri Litium Nikel Kobalt Aluminium oksida (NCA), seperti Panasonic, Tesla dan LG Chem, telah lama menggunakan litium hidroksida sebagai sumber litium mereka.
Perbandingan pada suhu Pensinteran - Pensinteran merupakan langkah yang sangat penting dalam penyediaan bahan katod NMC/NCA. Suhu pensinteran mempunyai kesan yang ketara ke atas kapasiti, kecekapan dan prestasi kitaran bahan, dan ia juga mempunyai kesan tertentu ke atas sisa garam litium dan tahap pH bahan. Penyelidikan telah menunjukkan bahawa apabila litium hidroksida digunakan sebagai sumber litium, suhu pensinteran yang rendah cukup untuk mendapatkan bahan dengan prestasi elektrokimia yang sangat baik; manakala jika litium karbonat digunakan, suhu pensinteran mestilah 900+ ℃ untuk mendapatkan bahan dengan prestasi elektrokimia yang stabil.
Nampaknya litium hidroksida lebih baik daripada litium karbonat sebagai sumber litium. Walaupun sebenarnya, litium karbonat juga sering digunakan dalam penghasilan bahan katod NMC (NMC111, NMC442, NMC532, NMC622) dan bateri LFP. kenapa? Ketulenan litium litium hidroksida turun naik lebih daripada litium karbonat, dan litium hidroksida lebih menghakis daripada litium karbonat. Oleh itu, banyak pengeluar cenderung menggunakan litium karbonat untuk pengeluaran bahan katod NMC dan bateri LFP.
Bahan katod NMC biasa dan bateri LFP cenderung menggunakan litium karbonat, manakala bahan katod NMC811 dan NCA yang kaya dengan Ni memihak kepada litium hidroksida. Sebabnya terletak pada perkara berikut:
Bahan NMC811/NCA yang kaya dengan Ni ternary memerlukan suhu pensinteran yang rendah, jika tidak, ia akan menyebabkan ketumpatan pili rendah dan kadar prestasi cas & nyahcas yang rendah pada bateri. Sebagai contoh, NCM811 memerlukannya untuk dikawal sedikit lebih rendah daripada 800 ℃, dan NCM90505 memerlukannya pada kira-kira 740 ℃. Ia jauh lebih rendah daripada 900 ℃.
Apabila kita menyemak takat lebur kedua-dua garam litium ini, kita akan mendapati litium karbonat ialah 720 ℃, manakala litium hidroksida monohidrat hanya 471 ℃. Faktor lain ialah, semasa proses sintesis, litium hidroksida cair boleh dicampur secara sekata dan sepenuhnya dengan prekursor NMC/NCA, dengan itu mengurangkan sisa litium pada permukaan, mengelakkan penjanaan karbon monoksida dan meningkatkan kapasiti nyahcas bahan tertentu. Menggunakan litium hidroksida juga mengurangkan pencampuran kation dan meningkatkan kestabilan kitaran. Oleh itu litium hidroksida adalah pilihan mesti untuk pengeluaran bahan katod NCA. Bateri ion Litium Panasonic 18650 yang terkenal menggunakan litium hidroksida, sebagai contoh.
Walaupun alasan di atas, dengan meningkatkan kandungan nikel dalam bateri ion litium, ketumpatan tenaga bateri ternay ini meningkat dengan sewajarnya, dengan kurang kobalt terlibat dan ia membawa hasil penting pengurangan kos pada masa yang sama.
Agak jelas hari ini, daripada penyelidik dan pengilang bateri litium-ion, bahawa litium karbonat adalah pilihan yang baik untuk bahan katod NMC biasa dan bateri LFP; manakala gred bateri litium hidroksida monohidrat adalah lebih baik untuk NMC811 yang kaya dengan Ni, bahan katod NCA dan juga beberapa bahan LFP.
Secara amnya, setiap bateri NMC/NCA yang kaya dengan 1GWH Ni menggunakan kira-kira 780 tan litium hidroksida. Dengan peningkatan permintaan bagi bateri NMC/NCA ini, permintaan untuk litium hidroksida dijangka meningkat dengan ketara dalam tempoh lima tahun akan datang.
Sumber 1: http://news.cnpowder.com.cn/55202.html
Sumber 2: http://www.juda.cn/news/149069.html