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碳酸锂or氢氧化锂?谁才是三元正极材 料的首选


来源:中国粉体网   墨玉

[导读]  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?

中国粉体网讯  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



稳定性比较


根据汪永斌等的实验一结果表明: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。



不同锂源对材 料电化学性能的影响


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。



以碳酸锂为锂源时烧结温度对材 料的影响



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


(中国粉体网编辑整理/墨玉)

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