Co jest lepsze NMC, NCA i LFP baterii, węglan litu lub wodorotlenkiem litu?
| Jerry Huang
Ponieważ globalne rynki EV, HEV, PHEV i magazynowania energii nadal rosną, przemysł akumulatorów litowo-jonowych również przeżywa boom, który zużywa obecnie duże ilości węglanu litu i wodorotlenku litu. Ale który z nich jest lepszy dla trójskładnikowej baterii litowej NMC / NCA i baterii LFP, węglanu litu lub wodorotlenku litu? Rzućmy okiem na kilka porównań między tymi dwiema solami litu i ich wydajności w procesie produkcji baterii.
Porównanie stabilności — materiał katody niklowo-manganowo-kobaltowej (NMC) przygotowany z węglanem litu ma specyficzną pojemność rozładowania 165 mAh/g, ze współczynnikiem zachowania pojemności 86% w 400. cyklu, podczas gdy materiały akumulatorowe przygotowane z wodorotlenkiem litu mają specyficzne rozładowanie pojemność 171 mAh/g, ze wskaźnikiem zachowania pojemności 91% wysokim w 400. cyklu. Wraz ze wzrostem cyklu życia krzywa pełnego cyklu życia staje się gładsza, a wydajność ładowania i rozładowania jest stabilniejsza w przypadku materiału przetwarzanego z wodorotlenku litu niż w przypadku przetwarzania z węglanu litu. Ponadto ta ostatnia ma szybkie zanikanie pojemności po około 350 cyklach. Producenci baterii litowo-niklowo-kobaltowych tlenków glinu (NCA), tacy jak Panasonic, Tesla i LG Chem, od dawna używają wodorotlenku litu jako źródła litu.
Porównanie temperatury spiekania - Spiekanie jest bardzo ważnym krokiem w przygotowaniu materiałów katodowych NMC/NCA. Temperatura spiekania ma znaczący wpływ na pojemność, wydajność i wydajność cyklu materiału, a także ma pewien wpływ na pozostałości soli litu i poziom pH materiału. Badania wykazały, że gdy jako źródło litu stosuje się wodorotlenek litu, niska temperatura spiekania wystarcza do uzyskania materiałów o doskonałych właściwościach elektrochemicznych; natomiast jeśli stosuje się węglan litu, temperatura spiekania musi wynosić 900 + ℃, aby uzyskać materiały o stabilnej wydajności elektrochemicznej.
Wygląda na to, że wodorotlenek litu jest lepszy niż węglan litu jako źródło litu. Chociaż w rzeczywistości węglan litu jest również często używany do produkcji materiałów katodowych NMC (NMC111, NMC442, NMC532, NMC622) i baterii LFP. Czemu? Czystość litu wodorotlenku litu zmienia się bardziej niż węglan litu, a wodorotlenek litu jest bardziej korozyjny niż węglan litu. Dlatego wielu producentów ma tendencję do używania węglanu litu do produkcji materiałów katodowych NMC i baterii LFP.
Zwykłe materiały katodowe NMC i akumulatory LFP mają tendencję do używania węglanu litu, podczas gdy materiały katodowe NMC811 i NCA bogate w Ni są na korzyść wodorotlenku litu. Powody opierają się dokładnie na następujących kwestiach:
Trójskładnikowy materiał NMC811/NCA o wysokiej zawartości niklu wymaga niskiej temperatury spiekania, w przeciwnym razie spowoduje to niską gęstość nasypu i niską wydajność ładowania i rozładowania akumulatora. Na przykład NCM811 wymaga, aby było kontrolowane nieco poniżej 800 ℃, a NCM90505 wymaga, aby było to około 740 ℃. Jest znacznie niższy niż 900 ℃.
Kiedy sprawdzimy temperaturę topnienia tych dwóch soli litu, stwierdzimy, że węglan litu wynosi 720 ℃, podczas gdy monohydrat wodorotlenku litu wynosi tylko 471 ℃. Innym czynnikiem jest to, że podczas procesu syntezy stopiony wodorotlenek litu może być równomiernie i całkowicie zmieszany z prekursorem NMC/NCA, zmniejszając w ten sposób pozostałości litu na powierzchniach, unikając wytwarzania tlenku węgla i poprawiając specyficzną zdolność rozładowania materiału. Stosowanie wodorotlenku litu zmniejsza również mieszanie kationów i poprawia stabilność cyklu. Dlatego wodorotlenek litu jest niezbędnym wyborem do produkcji materiałów katodowych NCA. Jako przykład, dobrze znana bateria litowo-jonowa Panasonic 18650 wykorzystuje wodorotlenek litu.
Pomimo powyższych powodów, poprzez podniesienie zawartości niklu w bateriach litowo-jonowych, gęstość energii tych baterii trójskładnikowych odpowiednio wzrasta, przy mniejszym zaangażowaniu kobaltu, a jednocześnie przynosi istotny efekt redukcji kosztów.
Jest dziś całkiem jasne, od badaczy i producentów akumulatorów litowo-jonowych, że węglan litu jest dobrym wyborem dla zwykłego materiału katodowego NMC i akumulatora LFP; podczas gdy klasa baterii monohydratu wodorotlenku litu jest preferowana w przypadku materiałów katodowych NMC811 bogatych w Ni, a nawet niektórych materiałów LFP.
Ogólnie rzecz biorąc, każdy akumulator NMC/NCA o pojemności 1 GWH, bogaty w Ni, zużywa około 780 ton wodorotlenku litu. Wraz ze wzrostem zapotrzebowania na te baterie NMC/NCA oczekuje się, że zapotrzebowanie na wodorotlenek litu znacznie wzrośnie w ciągu najbliższych pięciu lat.
Źródło 1: http://news.cnpowder.com.cn/55202.html
Źródło 2: http://www.juda.cn/news/149069.html