碳酸锂or氢氧化锂?谁才是三元正极材料的首选
发布时间:2020-05-13 来源:中国无机盐工业协会     分享到:

万事开头难,三元正极材料的制备中原料的选取也是非常重要的一步。常见的锂源有碳酸锂(Li2CO3)、一水氢氧化锂(LiOH·H2O)、硝酸锂(LiNO3)等。硝酸锂因使用中会产生有害气体,一般不被选择作为锂源。那么碳酸锂和氢氧化锂选谁好呢?


碳酸锂和氢氧化锂性质对比

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稳定性比较


根据汪永斌等的实验结果表明:采用碳酸锂制备的三元材料,首次放电比容量达到165mAh/g,400次循环,容量保持率达到86%左右,而采用氢氧化锂所制备的三元材料,首次放电比容量达到171mAh/g,400次循环,容量保持率达到91%。从整个循环过程来看,以氢氧化锂为锂源的材料循环曲线更为平滑稳定;以碳酸锂为锂源的材料约350次循环后容量衰减逐渐加快。

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烧结温度比较


烧结是制备三元正极材料的关键步骤,烧结温度直接影响材料的容量、效率和循环性能,对材料表面残留锂和材料pH值的影响也较为明显。


研究表明以氢氧化锂为锂源时,只需低温烧结就可以得到性能优异的材料;而以碳酸锂为锂源时,烧结温度要达到900℃以上,才能得到性能稳定的材料。随着循环次数增加,以氢氧化锂为锂源所制备的材料循环曲线更加平滑,充放电性能更加稳定。


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以碳酸锂为锂源时烧结温度对材料的影响

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以氢氧化锂为锂源时烧结温度对材料的影响


通过以上比较,我们可以看出作为三元正极材料的锂源中氢氧化锂要优于碳酸锂,但实际上生产三元正极材料一般用的是碳酸锂,这是为什么呢?氢氧化锂的锂含量波动比碳酸锂大,且氢氧化锂腐蚀性强于碳酸锂,若无特殊情况,三元正极材料生产厂家都倾向于使用含量稳定且腐蚀性弱的碳酸锂。


所以碳酸锂要胜出了吗?并没有。


普通的三元正极材料更倾向于用碳酸锂作为锂源,而高镍三元正极材料却更适合用氢氧化锂。这是因为①高镍三元材料要求烧结温度不宜过高,否则影响倍率性能。制备高镍三元材料要求烧结温度适中,NCM811需要烧结温度至少控制在800℃以下、NCM90505需要控制在740℃左右。


另外碳酸锂的熔点为720℃,而单水氢氧化锂的熔点仅为471℃,在烧结过程中熔融的氢氧化锂可与三元前驱体更均匀、充分的混合,从而减少表面锂残留,提升材料的放电比容量。采用氢氧化锂和较低的烧结温度还可减少阳离子混排,提升循环稳定性。相比之下,碳酸锂的烧结温度往往需达到900℃以上才能得到性能稳定的材料,难以作为高镍三元材料的锂源。


现在结果已经十分明了了,如果是普通的三元正极材料,选碳酸锂作为锂源即可。如果是高镍三元正极材料则要选氢氧化锂作为锂源。


参考来源:

中国粉体网.三元材料两种锂源的制备及检测

汪永斌.锂源及烧结条件对三元材料电化学性能影响

未来智库.锂金属深度报告:氢氧化锂的大时代


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