Vilket är bättre för NMC-, NCA- och LFP -batterier, litiumkarbonat eller litiumhydroxid?
| Jerry Huang
När globala EV-, HEV-, PHEV -marknader och energilagringsmarknader fortsätter att växa, drivs litiumjonbatteriindustrin också högt, vilket förbrukar stor volym litiumkarbonat och litiumhydroxid idag. Men vilket är bättre för NMC/NCA och LFP -batteri, litiumkarbonat eller litiumhydroxid? Låt oss ta en titt på några jämförelser mellan dessa två litiumsalter och deras prestanda i batteriproduktionsprocessen.
Jämförelse om stabilitet - Nickelmangankobolt (NMC) katodmaterial framställt med litiumkarbonat har en specifik urladdningskapacitet på 165mAh/g, med en kapacitetsretentionshastighet 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 livscykeln ökar blir hela livscirkelkurvan mjukare och laddnings- och urladdningsprestandan är stabilare med materialet som bearbetas från litiumhydroxid än de som bearbetas från litiumkarbonat. Dessutom har den senare en snabb kapacitetsblekning efter cirka 350 cykler. Producenter av batterier av litiumnickelkoboltoxid (NCA), som Panasonic, Tesla och LG Chem, har länge använt litiumhydroxid som litiumkälla.
Jämförelse med sintringstemperatur - Sintring är ett mycket viktigt steg i beredningen av NMC/NCA -katodmaterial. Sintringstemperaturen har en betydande inverkan på materialets kapacitet, effektivitet och cykelprestanda, och det har också en viss inverkan på litiumsaltrester och materialets pH -nivå. Forskning har visat att när litiumhydroxid används som litiumkälla, räcker det med en låg sintringstemperatur för att få material med utmärkt elektrokemisk prestanda; medan litiumkarbonat används måste sintringstemperaturen vara 900+℃ för att få 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 och LFP -batteri. Varför? Litiumhalten i litiumhydroxid varierar mer än litiumkarbonat, och litiumhydroxid är mer frätande än litiumkarbonat. Därför tenderar många tillverkare att använda litiumkarbonat för produktion av NMC -katodmaterial och LFP -batteri.
Så litiumkarbonat är vinnaren? Inte än.
Vanliga NMC-katodmaterial och LFP-batteri tenderar att använda litiumkarbonat, medan Ni-rika NMC/NCA-katodmaterial är för litiumhydroxid. Orsakerna vilar exakt på följande:
Det Ni-rika NMC/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 lägre än 800 ℃, och NCM90505 behöver vara cirka 740 ℃.
När vi kontrollerar smältpunkten för dessa två litiumsalter finner vi att litiumkarbonat är 720 ℃, medan litiumhydroxidmonohydrat bara är 471 ℃. En annan faktor är att under syntesprocessen kan den smälta litiumhydroxiden blandas jämnt och fullständigt med NMC/NCA -prekursorn, vilket minskar litiumrester på ytor, undviker bildning av kolmonoxid och förbättrar materialets specifika urladdningskapacitet. Användning av litiumhydroxid minskar också katjonblandning och förbättrar cykelstabiliteten. Således är litiumhydroxid ett måste-val för produktion av NCA-katodmaterial. Det välkända Panasonic 18650 litiumjonbatteriet använder litiumhydroxid, som ett exempel. Emellertid måste sintringstemperaturen för litiumkarbonat ofta vara 900+℃ som tidigare diskuterats.
Trots ovanstående skäl, genom att höja nickelhalten i litiumjonbatterier, ökar energitätheten för dessa batterier i enlighet därmed, med mindre kobolt involverat och det ger ett viktigt resultat av kostnadskontroll samtidigt.
Det är helt klart idag, från litiumjonbatteriforskare och tillverkare, att litiumkarbonat är ett bra val för vanligt NMC-katodmaterial och LFP-batteri; medan litiumhydroxidmonohydrat batterikvalitet är att föredra för Ni-rika NMC/NCA katodmaterial.
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 stiga väsentligt under de kommande fem åren.