Что лучше подходит для батарей NMC, NCA и LFP: карбонат лития или гидроксид лития?
| Jerry Huang
По мере роста мировых рынков электромобилей, гибридных автомобилей, подключаемых гибридов и систем хранения энергии, индустрия литий-ионных аккумуляторов также переживает бурный рост, сегодня потребляя большие объемы карбоната лития и гидроксида лития. Но что лучше для тройных литиевых аккумуляторов NMC/NCA и литий-железо-фосфатных аккумуляторов: карбонат лития или гидроксид лития? Давайте рассмотрим некоторые сравнения этих двух солей лития и их характеристики в процессе производства аккумуляторов.
Сравнение стабильности : катодный материал из никель-марганцево-кобальтового сплава (NMC), полученный с использованием карбоната лития, имеет удельную разрядную емкость 165 мА·ч/г с коэффициентом сохранения емкости 86% на 400-м цикле, в то время как аккумуляторные материалы, полученные с использованием гидроксида лития, имеют удельную разрядную емкость 171 мА·ч/г с коэффициентом сохранения емкости 91% на 400-м цикле. По мере увеличения срока службы кривая полного цикла становится более плавной, а характеристики заряда и разряда более стабильны у материала, полученного с использованием гидроксида лития, чем у материала, полученного с использованием карбоната лития. Кроме того, у последнего наблюдается быстрое снижение емкости примерно после 350 циклов. Производители литий-никель-кобальт-алюминиевых оксидов (NCA) аккумуляторов, такие как Panasonic, Tesla и LG Chem, уже давно используют гидроксид лития в качестве источника лития.
Сравнение температур спекания — Спекание является очень важным этапом в подготовке катодных материалов NMC/NCA. Температура спекания оказывает существенное влияние на емкость, эффективность и циклические характеристики материала, а также на остаточное содержание солей лития и уровень pH материала. Исследования показали, что при использовании гидроксида лития в качестве источника лития достаточно низкой температуры спекания для получения материалов с превосходными электрохимическими характеристиками; в то время как при использовании карбоната лития температура спекания должна составлять 900+℃ для получения материалов со стабильными электрохимическими характеристиками.
Кажется, что гидроксид лития лучше, чем карбонат лития, в качестве источника лития. Однако на самом деле карбонат лития также часто используется в производстве катодных материалов NMC (NMC111, NMC442, NMC532, NMC622) и литий-железо-фосфатных (LFP) батарей. Почему? Чистота лития в гидроксиде лития колеблется сильнее, чем в карбонате лития, и гидроксид лития более коррозионно-активен, чем карбонат лития. Поэтому многие производители предпочитают использовать карбонат лития для производства катодных материалов NMC и LFP батарей.
В обычных катодных материалах NMC и литий-железо-фосфатных батареях обычно используется карбонат лития, тогда как в богатых никелем катодных материалах NMC811 и NCA предпочтительнее использовать гидроксид лития. Причины этого заключаются именно в следующем:
Для тройного никельсодержащего материала NMC811/NCA требуется низкая температура спекания, иначе это приведет к низкой насыпной плотности и низкой скорости заряда и разряда батареи. Например, для NCM811 температура должна быть немного ниже 800℃, а для NCM90505 — около 740℃, что значительно ниже 900℃.
Если проверить температуру плавления этих двух солей лития, то окажется, что карбонат лития имеет температуру 720℃, а моногидрат гидроксида лития — всего 471℃. Ещё один фактор заключается в том, что в процессе синтеза расплавленный гидроксид лития равномерно и полностью смешивается с прекурсором NMC/NCA, тем самым уменьшая количество лития на поверхностях, предотвращая образование монооксида углерода и улучшая удельную разрядную емкость материала. Использование гидроксида лития также уменьшает смешивание катионов и улучшает циклическую стабильность. Таким образом, гидроксид лития является обязательным выбором для производства катодных материалов NCA. В качестве примера можно привести известную литий-ионную батарею Panasonic 18650, в которой используется гидроксид лития.
Несмотря на вышеуказанные причины, повышение содержания никеля в литий-ионных батареях приводит к соответствующему увеличению плотности энергии этих тройных батарей при меньшем содержании кобальта, что одновременно обеспечивает важный результат — снижение стоимости.
Сегодня исследователи и производители литий-ионных батарей совершенно ясно отмечают, что карбонат лития является хорошим выбором для обычного катодного материала NMC и литий-железо-фосфатных батарей; в то время как моногидрат гидроксида лития батарейного класса предпочтительнее для богатых никелем катодных материалов NMC811, NCA и даже некоторых материалов LFP.
Как правило, на каждый 1 ГВтч никель-металл-композитный/никелевый аккумулятор потребляется около 780 тонн гидроксида лития. В связи с ростом спроса на такие аккумуляторы ожидается существенное увеличение спроса на гидроксид лития в ближайшие пять лет.
Источник 1: http://news.cnpowder.com.cn/55202.html
Источник 2: http://www.juda.cn/news/149069.html