เป็นที่หนึ่งที่ดีกว่าสำหรับ NMC, NCA และ LFP แบตเตอรี่ลิเธียมคาร์บอเนตหรือลิเธียมไฮดรอกไซ?
| Jerry Huang
ในขณะที่ตลาด EV, HEV, PHEV และตลาดการจัดเก็บพลังงานทั่วโลกยังคงเติบโต อุตสาหกรรมแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนก็กำลังเติบโตเช่นกัน ซึ่งบริโภคลิเธียมคาร์บอเนตและลิเธียมไฮดรอกไซด์ในปริมาณมากในปัจจุบัน แต่อันไหนดีกว่าสำหรับแบตเตอรี่ลิเธียมแบบไตรภาค NMC/NCA และแบตเตอรี่ LFP ลิเธียมคาร์บอเนตหรือลิเธียมไฮดรอกไซด์? มาดูการเปรียบเทียบระหว่างเกลือลิเธียมสองตัวนี้กับประสิทธิภาพในกระบวนการผลิตแบตเตอรี่กัน
การเปรียบเทียบความเสถียร - วัสดุแคโทดนิกเกิลแมงกานีสโคบอลต์ (NMC) ที่เตรียมด้วยลิเธียมคาร์บอเนตมีความจุในการคายประจุเฉพาะที่ 165mAh/g โดยมีอัตราการกักเก็บความจุ 86% ที่รอบที่ 400 ในขณะที่วัสดุแบตเตอรี่ที่เตรียมด้วยลิเธียมไฮดรอกไซด์มีการคายประจุเฉพาะ ความจุ 171mAh/g โดยมีอัตราการเก็บความจุสูงถึง 91% ที่รอบที่ 400 เมื่ออายุการใช้งานของวงจรเพิ่มขึ้น เส้นโค้งของวงจรชีวิตทั้งหมดจะนุ่มนวลขึ้น และประสิทธิภาพการชาร์จและการคายประจุจะมีเสถียรภาพมากขึ้นด้วยวัสดุที่แปรรูปจากลิเธียมไฮดรอกไซด์มากกว่าที่ผ่านกระบวนการจากลิเธียมคาร์บอเนต นอกจากนี้ อันหลังมีความจุเฟดอย่างรวดเร็วหลังจากประมาณ 350 รอบ ผู้ผลิตแบตเตอรี่ลิเธียมนิกเกิลโคบอลต์อะลูมิเนียมออกไซด์ (NCA) เช่น Panasonic, Tesla และ LG Chem ใช้ลิเธียมไฮดรอกไซด์เป็นแหล่งลิเธียมมานานแล้ว
การเปรียบเทียบอุณหภูมิการเผาผนึก - การเผาผนึกเป็นขั้นตอนที่สำคัญมากในการเตรียมวัสดุแคโทด NMC/NCA อุณหภูมิการเผาผนึกมีผลกระทบอย่างมากต่อความจุ ประสิทธิภาพ และประสิทธิภาพของวัฏจักรของวัสดุ และยังมีผลกระทบต่อสารตกค้างของเกลือลิเธียมและระดับ pH ของวัสดุอีกด้วย การวิจัยพบว่าเมื่อใช้ลิเธียมไฮดรอกไซด์เป็นแหล่งลิเธียม อุณหภูมิการเผาผนึกต่ำก็เพียงพอที่จะได้วัสดุที่มีประสิทธิภาพทางเคมีไฟฟ้าที่ดีเยี่ยม ในขณะที่ถ้าใช้ลิเธียมคาร์บอเนต อุณหภูมิการเผาต้องอยู่ที่ 900+℃ เพื่อให้ได้วัสดุที่มีประสิทธิภาพทางเคมีไฟฟ้าที่เสถียร
ดูเหมือนว่าลิเธียมไฮดรอกไซด์จะดีกว่าลิเธียมคาร์บอเนตเนื่องจากเป็นแหล่งลิเธียม แม้ว่าที่จริงแล้ว ลิเธียมคาร์บอเนตมักใช้ในการผลิตวัสดุแคโทด NMC (NMC111, NMC442, NMC532, NMC622) และแบตเตอรี่ LFP ทำไม? ความบริสุทธิ์ของลิเธียมของลิเธียมไฮดรอกไซด์จะผันผวนมากกว่าลิเธียมคาร์บอเนต และลิเธียมไฮดรอกไซด์มีฤทธิ์กัดกร่อนมากกว่าลิเธียมคาร์บอเนต ดังนั้นผู้ผลิตจำนวนมากจึงมักใช้ลิเธียมคาร์บอเนตในการผลิตวัสดุแคโทด NMC และแบตเตอรี่ LFP
วัสดุแคโทด NMC ทั่วไปและแบตเตอรี่ LFP มักใช้ลิเธียมคาร์บอเนต ในขณะที่วัสดุแคโทด NMC811 และ NCA ที่อุดมด้วย Ni-rich มักนิยมใช้ลิเธียมไฮดรอกไซด์ เหตุผลอยู่ตรงต่อไปนี้:
วัสดุ Ni-rich NMC811/NCA แบบไตรภาคต้องการอุณหภูมิการเผาที่ต่ำ มิฉะนั้น จะทำให้ความหนาแน่นของแทปต่ำและอัตราการชาร์จและการคายประจุของแบตเตอรี่ต่ำ ตัวอย่างเช่น NCM811 ต้องการให้ควบคุมต่ำกว่า 800 ℃ เล็กน้อย และ NCM90505 ต้องการให้อยู่ที่ประมาณ 740 ℃ มันต่ำกว่า 900 ℃มาก
เมื่อเราตรวจสอบจุดหลอมเหลวของเกลือลิเธียมทั้งสองนี้ เราจะพบว่าลิเธียมคาร์บอเนตอยู่ที่ 720 ℃ ในขณะที่ลิเธียมไฮดรอกไซด์โมโนไฮเดรตมีเพียง 471 ℃ ปัจจัยอีกประการหนึ่งคือ ในระหว่างกระบวนการสังเคราะห์ ลิเธียมไฮดรอกไซด์ที่หลอมเหลวสามารถผสมกับสารตั้งต้นของ NMC/NCA ได้อย่างเต็มที่และสม่ำเสมอ ซึ่งจะช่วยลดการตกค้างของลิเธียมบนพื้นผิว หลีกเลี่ยงการสร้างคาร์บอนมอนอกไซด์ และปรับปรุงความสามารถในการปลดปล่อยเฉพาะของวัสดุ การใช้ลิเธียมไฮดรอกไซด์ยังช่วยลดการผสมไอออนบวกและปรับปรุงความเสถียรของวงจร ดังนั้น ลิเธียมไฮดรอกไซด์จึงเป็นตัวเลือกที่จำเป็นสำหรับการผลิตวัสดุแคโทด NCA แบตเตอรี่ลิเธียมไอออน Panasonic 18650 ที่รู้จักกันดีใช้ลิเธียมไฮดรอกไซด์เป็นตัวอย่าง
แม้จะมีเหตุผลข้างต้น การเพิ่มปริมาณนิกเกิลในแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน ความหนาแน่นของพลังงานของแบตเตอรี่ ternay เหล่านี้ก็เพิ่มขึ้นตามไปด้วย โดยที่โคบอลต์เข้ามาเกี่ยวข้องน้อยกว่า และนำมาซึ่งผลลัพธ์ที่สำคัญของการลดต้นทุนไปพร้อมๆ กัน
จากนักวิจัยและผู้ผลิตแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน ลิเธียมคาร์บอเนตเป็นทางเลือกที่ดีสำหรับวัสดุแคโทด NMC ทั่วไปและแบตเตอรี่ LFP ในขณะที่เกรดแบตเตอรี่ลิเธียมไฮดรอกไซด์โมโนไฮเดรตนั้นดีกว่าสำหรับ Ni-rich NMC811, วัสดุแคโทด NCA และแม้แต่วัสดุ LFP บางชนิด
โดยทั่วไป แบตเตอรี่ NMC/NCA ที่มี Ni-rich 1GWH ทุกก้อนใช้ลิเธียมไฮดรอกไซด์ประมาณ 780 ตัน ด้วยความต้องการที่เพิ่มขึ้นของแบตเตอรี่ NMC/NCA เหล่านี้ ความต้องการลิเธียมไฮดรอกไซด์คาดว่าจะเพิ่มขึ้นอย่างมากในอีกห้าปีข้างหน้า
ที่มา 1: http://news.cnpowder.com.cn/55202.html
ที่มา 2: http://www.juda.cn/news/149069.html