Bir NMC NCA ve LFP pil, lityum karbonat veya lityum hidroksit için daha iyi olduğu?
| Jerry Huang
Küresel EV, HEV, PHEV pazarları ve enerji depolama pazarları büyümeye devam ettikçe, bugün büyük miktarda lityum karbonat ve lityum hidroksit tüketen lityum iyon pil endüstrisi de patlama yaşıyor. Ancak hangisi NMC/NCA üçlü lityum pil ve LFP pil, lityum karbonat veya lityum hidroksit için daha iyidir? Bu iki lityum tuzu arasındaki bazı karşılaştırmalara ve pil üretim sürecindeki performanslarına bir göz atalım.
Stabilite Karşılaştırması - Lityum karbonat ile hazırlanan Nikel Manganez Kobalt (NMC) katot malzemesinin özgül deşarj kapasitesi 165mAh/g, kapasite tutma oranı 400. çevrimde %86 iken, lityum hidroksit ile hazırlanan pil malzemelerinin belirli bir deşarj kapasitesi vardır. 400. döngüde %91 yüksek kapasite tutma oranı ile 171mAh/g kapasite. Döngü ömrü arttıkça, tam yaşam döngüsü eğrisi daha düzgündür ve şarj ve deşarj performansı, lityum hidroksitten işlenen malzeme ile lityum karbonattan işlenenlere göre daha kararlıdır. Ek olarak, ikincisi yaklaşık 350 döngüden sonra hızlı bir kapasite azalmasına sahiptir. Panasonic, Tesla ve LG Chem gibi Lityum Nikel Kobalt Alüminyum oksit (NCA) pil üreticileri, lityum kaynağı olarak uzun süredir lityum hidroksit kullanıyor.
Sinterleme sıcaklığının karşılaştırılması - Sinterleme, NMC/NCA katot malzemelerinin hazırlanmasında çok önemli bir adımdır. Sinterleme sıcaklığının malzemenin kapasitesi, verimliliği ve döngü performansı üzerinde önemli bir etkisi vardır ve ayrıca lityum tuzu kalıntısı ve malzemenin pH seviyesi üzerinde de belirli bir etkisi vardır. Araştırmalar, lityum kaynağı olarak lityum hidroksit kullanıldığında, mükemmel elektrokimyasal performansa sahip malzemeler elde etmek için düşük bir sinterleme sıcaklığının yeterli olduğunu göstermiştir; lityum karbonat kullanılıyorsa, kararlı elektrokimyasal performansa sahip malzemeler elde etmek için sinterleme sıcaklığı 900+℃ olmalıdır.
Lityum hidroksit, lityum kaynağı olarak lityum karbonattan daha iyi gibi görünüyor. Aslında lityum karbonat, NMC katot malzemelerinin (NMC111, NMC442, NMC532, NMC622) ve LFP pil üretiminde de sıklıkla kullanılır. Niye ya? Lityum hidroksitin lityum saflığı, lityum karbonattan daha fazla dalgalanır ve lityum hidroksit, lityum karbonattan daha aşındırıcıdır. Bu nedenle birçok üretici, NMC katot malzemeleri ve LFP pil üretimi için lityum karbonat kullanma eğilimindedir.
Sıradan NMC katot malzemeleri ve LFP pili, lityum karbonat kullanma eğilimindeyken, Ni açısından zengin NMC811 ve NCA katot malzemeleri, lityum hidroksit lehinedir. Nedenler tam olarak aşağıdakilere dayanmaktadır:
Üçlü Ni bakımından zengin NMC811/NCA malzemesi düşük bir sinterleme sıcaklığı gerektirir, aksi takdirde düşük musluk yoğunluğuna ve pilde düşük şarj ve deşarj performansına neden olur. Örneğin, NCM811, 800℃'den biraz daha düşük bir seviyede kontrol edilmesini ve NCM90505'in yaklaşık 740℃ olmasını gerektirir. 900℃'den çok daha düşüktür.
Bu iki lityum tuzunun erime noktasını kontrol ettiğimizde, lityum karbonatın 720 ℃ olduğunu, lityum hidroksit monohidratın ise sadece 471 ℃ olduğunu bulacağız. Diğer bir faktör, sentez işlemi sırasında, erimiş lityum hidroksitin NMC/NCA öncüsü ile eşit ve tamamen karıştırılabilmesi, böylece yüzeylerdeki lityum kalıntısının azaltılması, karbon monoksit oluşumunun önlenmesi ve malzemenin spesifik deşarj kapasitesinin iyileştirilmesidir. Lityum hidroksit kullanımı ayrıca katyon karışımını azaltır ve döngü kararlılığını artırır. Bu nedenle lityum hidroksit, NCA katot malzemelerinin üretimi için bir zorunluluktur. İyi bilinen Panasonic 18650 Lityum iyon pil, örnek olarak lityum hidroksit kullanır.
Yukarıdaki nedenlere rağmen, lityum iyon pillerdeki nikel içeriği yükseltilerek bu üçlü pillerin enerji yoğunluğu buna bağlı olarak daha az kobalt içermekle birlikte artar ve aynı zamanda önemli bir maliyet düşüşü sonucunu getirir.
Bugün, lityum iyon pil araştırmacıları ve üreticilerinden, lityum karbonatın sıradan NMC katot malzemesi ve LFP pili için iyi bir seçim olduğu oldukça açıktır; Ni açısından zengin NMC811, NCA katot malzemeleri ve hatta bazı LFP malzemeleri için lityum hidroksit monohidrat pil sınıfı tercih edilir.
Genel olarak, her 1GWH Ni bakımından zengin NMC/NCA piller yaklaşık 780 ton lityum hidroksit tüketir. Bu NMC/NCA pillerin artan talebiyle, lityum hidroksit talebinin önümüzdeki beş yıl içinde önemli ölçüde artması bekleniyor.
Kaynak 1: http://news.cnpowder.com.cn/55202.html
Kaynak 2: http://www.juda.cn/news/149069.html