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【原創(chuàng)】碳酸鋰or氫氧化鋰?誰才是三元正極材料的首選


來源:中國粉體網(wǎng)   墨玉

[導讀]  萬事開頭難,三元正極材料的制備中原料的選取也是非常重要的一步。常見的鋰源有碳酸鋰(Li2CO3)、一水氫氧化鋰(LiOH·H2O)、硝酸鋰(LiNO3)等。硝酸鋰因使用中會產(chǎn)生有害氣體,一般不被選擇作為鋰源。那么碳酸鋰和氫氧化鋰選誰好呢?

中國粉體網(wǎng)訊  萬事開頭難,三元正極材料的制備中原料的選取也是非常重要的一步。常見的鋰源有碳酸鋰(Li2CO3)、一水氫氧化鋰(LiOH·H2O)、硝酸鋰(LiNO3)等。硝酸鋰因使用中會產(chǎn)生有害氣體,一般不被選擇作為鋰源。那么碳酸鋰和氫氧化鋰選誰好呢?


碳酸鋰和氫氧化鋰性質(zhì)對比



穩(wěn)定性比較


根據(jù)汪永斌等的實驗結(jié)果表明:采用碳酸鋰制備的三元材料,首次放電比容量達到165mAh/g,400次循環(huán),容量保持率達到86%左右,而采用氫氧化鋰所制備的三元材料,首次放電比容量達到171mAh/g,400次循環(huán),容量保持率達到91%。從整個循環(huán)過程來看,以氫氧化鋰為鋰源的材料循環(huán)曲線更為平滑穩(wěn)定;以碳酸鋰為鋰源的材料約350次循環(huán)后容量衰減逐漸加快。



不同鋰源對材料電化學性能的影響


燒結(jié)溫度比較


燒結(jié)是制備三元正極材料的關(guān)鍵步驟,燒結(jié)溫度直接影響材料的容量、效率和循環(huán)性能,對材料表面殘留鋰和材料pH值的影響也較為明顯。


研究表明以氫氧化鋰為鋰源時,只需低溫燒結(jié)就可以得到性能優(yōu)異的材料;而以碳酸鋰為鋰源時,燒結(jié)溫度要達到900℃以上,才能得到性能穩(wěn)定的材料。隨著循環(huán)次數(shù)增加,以氫氧化鋰為鋰源所制備的材料循環(huán)曲線更加平滑,充放電性能更加穩(wěn)定。



以碳酸鋰為鋰源時燒結(jié)溫度對材料的影響



以氫氧化鋰為鋰源時燒結(jié)溫度對材料的影響


通過以上比較,我們可以看出作為三元正極材料的鋰源中氫氧化鋰要優(yōu)于碳酸鋰,但實際上生產(chǎn)三元正極材料一般用的是碳酸鋰,這是為什么呢?氫氧化鋰的鋰含量波動比碳酸鋰大,且氫氧化鋰腐蝕性強于碳酸鋰,若無特殊情況,三元正極材料生產(chǎn)廠家都傾向于使用含量穩(wěn)定且腐蝕性弱的碳酸鋰。


所以碳酸鋰要勝出了嗎?并沒有。


普通的三元正極材料更傾向于用碳酸鋰作為鋰源,而高鎳三元正極材料卻更適合用氫氧化鋰。這是因為①高鎳三元材料要求燒結(jié)溫度不宜過高,否則影響倍率性能。制備高鎳三元材料要求燒結(jié)溫度適中,NCM811需要燒結(jié)溫度至少控制在800℃以下、NCM90505需要控制在740℃左右。


另外碳酸鋰的熔點為720℃,而單水氫氧化鋰的熔點僅為471℃,在燒結(jié)過程中熔融的氫氧化鋰可與三元前驅(qū)體更均勻、充分的混合,從而減少表面鋰殘留,提升材料的放電比容量。采用氫氧化鋰和較低的燒結(jié)溫度還可減少陽離子混排,提升循環(huán)穩(wěn)定性。相比之下,碳酸鋰的燒結(jié)溫度往往需達到900℃以上才能得到性能穩(wěn)定的材料,難以作為高鎳三元材料的鋰源。


現(xiàn)在結(jié)果已經(jīng)十分明了了,如果是普通的三元正極材料,選碳酸鋰作為鋰源即可。如果是高鎳三元正極材料則要選氫氧化鋰作為鋰源。


參考來源:

中國粉體網(wǎng).三元材料兩種鋰源的制備及檢測

汪永斌.鋰源及燒結(jié)條件對三元材料電化學性能影響

未來智庫.鋰金屬深度報告:氫氧化鋰的大時代


(中國粉體網(wǎng)編輯整理/墨玉)

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作者:墨玉

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