Vilket är bättre för NMC, NCA och LFP batteri, litiumkarbonat eller litiumhydroxid?
| Jerry Huang
När de globala EV-, HEV-, PHEV-marknaderna och energilagringsmarknaderna fortsätter att växa, drivs även litiumjonbatteriindustrin till högkonjunktur, som idag förbrukar stora volymer litiumkarbonat och litiumhydroxid. Men vilken är bättre för NMC/NCA ternärt litiumbatteri och LFP-batteri, litiumkarbonat eller litiumhydroxid? Låt oss ta en titt på några jämförelser mellan dessa två litiumsalter och deras prestanda i batteriproduktionsprocessen.
Jämförelse av stabilitet - Katodmaterialet av nickelmangankobolt (NMC) framställt med litiumkarbonat har en specifik urladdningskapacitet på 165 mAh/g, med en kapacitetsretentionsgrad på 86 % vid 400:e cykeln, medan batterimaterial framställda med litiumhydroxid har en specifik urladdning kapacitet på 171mAh/g, med en kapacitetsretention på 91% hög vid 400:e cykeln. När cykelns livslängd ökar blir hela livscirkelkurvan jämnare, och laddnings- och urladdningsprestanda är stabilare med materialet som bearbetas från litiumhydroxid än de som bearbetas från litiumkarbonat. Dessutom har den senare en snabb kapacitetsfading efter cirka 350 cykler. Tillverkare av litium nickel kobolt aluminiumoxider (NCA) batterier, såsom Panasonic, Tesla och LG Chem, har länge använt litiumhydroxid som sin litiumkälla.
Jämförelse av sintringstemperatur - Sintring är ett mycket viktigt steg i framställningen av NMC/NCA katodmaterial. Sintringstemperaturen har en betydande inverkan på materialets kapacitet, effektivitet och cykelprestanda, och den har också viss inverkan på litiumsaltrester och materialets pH-nivå. Forskning har visat att när litiumhydroxid används som litiumkälla är en låg sintringstemperatur tillräckligt för att erhålla material med utmärkt elektrokemisk prestanda; medan om litiumkarbonat används måste sintringstemperaturen vara 900+℃ för att erhålla material med stabil elektrokemisk prestanda.
Det ser ut som att litiumhydroxid är bättre än litiumkarbonat som litiumkälla. Medan litiumkarbonat faktiskt också används ofta vid tillverkning av NMC-katodmaterial (NMC111, NMC442, NMC532, NMC622) och LFP-batteri. Varför? Litiumrenheten hos litiumhydroxid fluktuerar mer än litiumkarbonat, och litiumhydroxid är mer frätande än litiumkarbonat. Därför tenderar många tillverkare att använda litiumkarbonat för produktion av NMC-katodmaterial och LFP-batterier.
Vanliga NMC-katodmaterial och LFP-batterier tenderar att använda litiumkarbonat, medan Ni-rika NMC811- och NCA-katodmaterial är för litiumhydroxid. Skälen vilar exakt på följande:
Det ternära Ni-rika NMC811/NCA-materialet kräver en låg sintringstemperatur, annars kommer det att orsaka låg tappdensitet och låg laddnings- och urladdningsprestanda på batteriet. Till exempel behöver NCM811 att den ska styras lite lägre än 800 ℃, och NCM90505 behöver den vara på cirka 740 ℃. Det är mycket lägre än 900 ℃.
När vi kontrollerar smältpunkten för dessa två litiumsalter, kommer vi att finna att litiumkarbonat är 720 ℃, medan litiumhydroxidmonohydrat endast är 471 ℃. En annan faktor är att den smälta litiumhydroxiden under syntesprocessen kan blandas jämnt och fullständigt med NMC/NCA-prekursorn, och därigenom minska litiumrester på ytor, undvika generering av kolmonoxid och förbättra materialets specifika utsläppskapacitet. Att använda litiumhydroxid minskar också katjonblandningen och förbättrar cykelstabiliteten. Sålunda är litiumhydroxid ett måste-val för produktion av NCA-katodmaterial. Det välkända Panasonic 18650 litiumjonbatteriet använder litiumhydroxid, som ett exempel.
Trots ovanstående skäl, genom att höja nickelinnehållet i litiumjonbatterier, ökar energitätheten för dessa trebatterier i enlighet med detta, med mindre kobolt inblandat och det ger samtidigt ett viktigt resultat av kostnadsminskning.
Det är ganska tydligt idag, från forskare och tillverkare av litiumjonbatterier, att litiumkarbonat är ett bra val för vanligt NMC-katodmaterial och LFP-batteri; medan litiumhydroxidmonohydratbatterikvalitet är att föredra för Ni-rika NMC811, NCA-katodmaterial och till och med vissa LFP-material.
I allmänhet förbrukar varje 1GWH Ni-rika NMC/NCA-batterier cirka 780 ton litiumhydroxid. Med ökande efterfrågan på dessa NMC/NCA-batterier förväntas efterfrågan på litiumhydroxid öka avsevärt under de kommande fem åren.
Källa 1: http://news.cnpowder.com.cn/55202.html
Källa 2: http://www.juda.cn/news/149069.html