用高镍三元的有4家:特斯拉、理想智造、海马汽车、长江汽车,其次是广汽丰田和广汽自主的使用比率也较高,可以达到80以上。高镍三元材料已经成为高能量密度电池主流趋势。
氢氧化锂是高镍三元必需原材料
f从原料端来看,普通三元和高镍三元最大的区别在于普通三元材料的锂源采用碳酸锂,而高镍三元采用的是一水合氢氧化锂。高镍三元材料的前驱体较难合成,目前国内只有少数几家企业和国外龙头企业掌握了量产的技术,而普通三元材料前驱体的合成工艺已经较为成熟。
碳酸锂(Li2CO3)是一种白色疏松的粉末,熔点在618℃,属于盐类物质,易溶于水,呈弱碱性,弱腐蚀性;而一水合氢氧化锂(LiOHH2O)是一种白色单斜小结晶,具有强碱性、较强腐蚀性,能溶于水,熔点462℃,易吸收空气中二氧化碳而变质。
从制备工艺上来看,由于高镍三元材料烧结温度不能太高,一般不超过800℃,采用碳酸锂为原料时,碳酸锂热分解不完全,造成高镍三元材料表面残留碳酸锂太多,使高镍三元材料表面碱性太强,对湿度敏感性增强;氢氧化锂的熔点比碳酸锂更低,对高镍正极的低温烧结更有利。使用氢氧化锂进行烧结能有效避免一氧化碳产生,同时可以在更低的温度进行烧结,有利于电池的一致性。
从形貌表征来看,以氢氧化锂制备的三元材料形貌表征更为规整。通过观察不同锂源制备的三元材料的SEM形貌,以氢氧化锂制备的三元材料晶粒边界更为规整清晰,颗粒均匀。
从电化学性能来看,采用碳酸锂制备的三元材料,首次放电比容量达到165mAhg,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171mAhg,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
f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。所以,使用氢氧化锂更容易得到高品质高镍正极材料。
对于普通三元正极(6系及以下),虽然氢氧化锂的反应活性强,反应温度低,但由于其锂含量波动较大,且腐蚀性强,所以普通三元正极通常使用碳酸锂作为锂源,而对于高镍三元正极而言(尤其是8系以上),由于煅烧工艺和产品性能的原因,高镍三元正极通常使用一水合氢氧化锂作为锂源。
氢氧化锂制备的核心在于低成本原料根据原料来源不同,目前氢氧化锂的制备主要有两种:锂辉石制备氢氧化锂和盐湖制备氢氧化锂。锂辉石可一步生产电池级氢氧化锂;盐湖的成熟工艺是首先生产碳酸锂、再苛化生产氢氧化锂。以锂精矿为原r