Welke beter voor NMC, NCA en LFP accu, lithiumcarbonaat of lithiumhydroxide?
| Jerry Huang
Terwijl de wereldwijde EV-, HEV-, PHEV-markten en energieopslagmarkten blijven groeien, groeit ook de lithium-ionbatterijindustrie, die tegenwoordig grote hoeveelheden lithiumcarbonaat en lithiumhydroxide verbruikt. Maar welke is beter voor NMC/NCA ternaire lithiumbatterijen en LFP-batterijen, lithiumcarbonaat of lithiumhydroxide? Laten we eens kijken naar enkele vergelijkingen tussen deze twee lithiumzouten en hun prestaties in het batterijproductieproces.
Stabiliteitsvergelijking - Het nikkel-mangaan-kobalt (NMC)-kathodemateriaal bereid met lithiumcarbonaat heeft een specifieke ontladingscapaciteit van 165 mAh/g, met een capaciteitsretentie van 86% bij de 400e cyclus, terwijl batterijmaterialen die zijn bereid met lithiumhydroxide een specifieke ontlading hebben capaciteit van 171 mAh/g, met een capaciteitsbehoud van 91% hoog bij de 400e cyclus. Naarmate de levensduur van de cyclus toeneemt, is de curve van de volledige levenscirkel vloeiender en zijn de laad- en ontlaadprestaties stabieler met het materiaal dat is verwerkt uit lithiumhydroxide dan dat is verwerkt uit lithiumcarbonaat. Bovendien heeft de laatste een snelle capaciteitsvervaging na ongeveer 350 cycli. Producenten van lithium-nikkel-kobalt-aluminiumoxiden (NCA) -batterijen, zoals Panasonic, Tesla en LG Chem, gebruiken al lang lithiumhydroxide als hun lithiumbron.
Vergelijking op sintertemperatuur - Sinteren is een zeer belangrijke stap in de voorbereiding van NMC/NCA kathodematerialen. De sintertemperatuur heeft een aanzienlijke invloed op de capaciteit, efficiëntie en cyclusprestaties van het materiaal, en heeft ook een bepaalde invloed op lithiumzoutresidu en de pH-waarde van het materiaal. Onderzoek heeft aangetoond dat wanneer lithiumhydroxide als lithiumbron wordt gebruikt, een lage sintertemperatuur voldoende is om materialen te verkrijgen met uitstekende elektrochemische prestaties; terwijl als lithiumcarbonaat wordt gebruikt, de sintertemperatuur 900 + moet zijn om materialen te verkrijgen met stabiele elektrochemische prestaties.
Het lijkt erop dat lithiumhydroxide beter is dan lithiumcarbonaat als lithiumbron. Terwijl lithiumcarbonaat eigenlijk ook vaak wordt gebruikt bij de productie van NMC-kathodematerialen (NMC111, NMC442, NMC532, NMC622) en LFP-batterijen. Waarom? De lithiumzuiverheid van lithiumhydroxide fluctueert meer dan lithiumcarbonaat en lithiumhydroxide is corrosiever dan lithiumcarbonaat. Daarom gebruiken veel fabrikanten lithiumcarbonaat voor de productie van NMC-kathodematerialen en LFP-batterijen.
Gewone NMC-kathodematerialen en LFP-batterijen gebruiken meestal lithiumcarbonaat, terwijl Ni-rijke NMC811- en NCA-kathodematerialen voorstander zijn van lithiumhydroxide. De redenen liggen precies op het volgende:
Het ternaire Ni-rijke NMC811/NCA-materiaal vereist een lage sintertemperatuur, anders zal het een lage tapdichtheid en lage laad- en ontlaadprestaties op de batterij veroorzaken. Voor NCM811 moet het bijvoorbeeld iets lager dan 800℃ worden geregeld, en voor NCM90505 moet het op ongeveer 740℃ worden ingesteld. Het is veel lager dan 900℃.
Wanneer we het smeltpunt van deze twee lithiumzouten controleren, zullen we zien dat lithiumcarbonaat 720℃ is, terwijl lithiumhydroxide-monohydraat slechts 471℃ is. Een andere factor is dat tijdens het syntheseproces het gesmolten lithiumhydroxide gelijkmatig en volledig kan worden gemengd met de NMC/NCA-precursor, waardoor lithiumresidu op oppervlakken wordt verminderd, de vorming van koolmonoxide wordt vermeden en de specifieke ontladingscapaciteit van het materiaal wordt verbeterd. Het gebruik van lithiumhydroxide vermindert ook het mengen van kationen en verbetert de cyclusstabiliteit. Lithiumhydroxide is dus een must-keuze voor de productie van NCA-kathodematerialen. De bekende Panasonic 18650 Lithium-ion accu gebruikt bijvoorbeeld lithiumhydroxide.
Ondanks de bovengenoemde redenen, door het verhogen van het nikkelgehalte in lithium-ionbatterijen, neemt de energiedichtheid van deze ternay-batterijen dienovereenkomstig toe, met minder kobalt, en het levert tegelijkertijd een belangrijk resultaat van kostenreductie op.
Het is vandaag de dag vrij duidelijk, van onderzoekers en fabrikanten van lithium-ionbatterijen, dat lithiumcarbonaat een goede keuze is voor gewoon NMC-kathodemateriaal en LFP-batterijen; terwijl lithiumhydroxide-monohydraat batterijkwaliteit de voorkeur heeft voor Ni-rijke NMC811, NCA-kathodematerialen en zelfs wat LFP-materiaal.
Over het algemeen verbruiken elke 1GWH Ni-rijke NMC/NCA-batterijen ongeveer 780 ton lithiumhydroxide. Met de toenemende vraag naar deze NMC/NCA-batterijen zal de vraag naar lithiumhydroxide naar verwachting de komende vijf jaar aanzienlijk stijgen.
Bron 1: http://news.cnpowder.com.cn/55202.html
Bron 2: http://www.juda.cn/news/149069.html