LiNiCoMnO2 (NCM111) قرص كاثود مغلف أحادي الجانب وصف القرص الكاثود الكهربائي
LiNiCoCoMnO2 (NCM) عبارة عن مادة كاثود أكسيد متعدد الطبقات تتميز بتركيبها البلوري في المجموعة الفضائية *R-3m*، مما يشكل شبكة سداسية تتيح انتشار أيونات الليثيوم بكفاءة أثناء ركوب الدراجات الكهروكيميائية. تدمج هذه المادة أكاسيد الليثيوم والنيكل والكوبالت والمنغنيز، مع نسب المعادن الانتقالية (على سبيل المثال، Ni: Co: Mn = 1:1:1 في NCM111) التي تؤثر بشكل مباشر على سلوكها الكهروكيميائي. وتعطي المتغيرات ذات المحتوى العالي من النيكل، مثل NCM811 (LiNi0.8Co0.1Co0.1Mn0.1O2) الأولوية لكثافة الطاقة (حوالي 250 مللي أمبير/غرام) ولكنها تواجه تحديات مثل فقدان الأكسجين في درجات الحرارة المرتفعة وعدم استقرار الشبكة أثناء ركوب الدراجات. ويوفر إطار α-NaFeO2 متعدد الطبقات مسارات يسهل الوصول إليها لانتقال أيونات الليثيوم، على الرغم من أن آليات التدهور الهيكلي - مثل التحولات الطورية (على سبيل المثال، O3→O1)وتشكيلالشقوق الدقيقةبسبب التغيرات في الحجم المتباين الخواص (~5% من الإجهاد) - لا تزال قيودًا حرجة.
تعالج التعديلات المتقدمة هذه المشكلات من خلال تثبيت البنية الذرية للمادة. وتشكل الطلاءات السطحية، مثل فيتات الصوديوم (PN)، حواجز واقية تخفف من تحلل الإلكتروليت وتمنع إطلاق الأكسجين عند الفولتية العالية (حتى 4.6 فولت)، مما يؤخر بشكل كبير درجات حرارة بداية الهروب الحراري (من 125.9 درجة مئوية إلى 184.8 درجة مئوية). وتعزز استراتيجيات التطعيم عالية الاستروبي - بدمج عناصر مثل التيتانيوم والمغنيسيوم والنيوبيوم في الشبكة البلورية - المرونة الميكانيكية من خلال تقليل الإجهاد المحوري (<0.5%) ومنع انتشار التشقق، وتحقيق سلوك "صفر إجهاد" يحافظ على السلامة الهيكلية على مدى دورات طويلة (على سبيل المثال 95% الاحتفاظ بالقدرة بنسبة 95% بعد 500 دورة)5. تعمل تقنيات الهيكلة النانوية، مثل الصفائح النانوية على شكل الجوز مع جوانب {010} النشطة المكشوفة، على تحسين حركية نقل الأيونات، وخفض المقاومة البينية وتحسين أداء المعدل (على سبيل المثال، 131.23 مللي أمبير/غرام عند 10 درجات مئوية).
يتم تعزيز الاستقرار الحراري بشكل أكبر من خلال التطعيم ثنائي الأنيون (على سبيل المثال، الفلور والكبريت)، مما يعزز أطر الأكسجين ويمنع فقدان الأكسجين، مما يتيح للمتغيرات عالية السعة الحفاظ على خصائص حرارية قوية. على سبيل المثال، تُظهر مادة NCM المطعمة بالنيكل عالي الأنتروبي درجات حرارة بداية الهروب الحراري مماثلة لمتغيرات NCM ذات النيكل المنخفض، وهو تقدم حاسم للسلامة. ومن الناحية الكيميائية، يعزى استقرار المادة إلى التأثيرات التآزرية للمواد المخدرة المتعددة، التي تحبس عيوب الأكسجين وتمنع التحولات الطورية الضارة، مما يضمن المتانة الكهروكيميائية طويلة الأمد حتى في ظل التشغيل عالي الجهد (4.6-4.9 فولت). وتضع هذه الابتكارات مجتمعةً NCM كمنصة قابلة للضبط كيميائيًا، وتوازن بين كثافة الطاقة والمرونة الهيكلية والحرارية لأنظمة تخزين الطاقة من الجيل التالي.
تطبيقات قرص القطب الكاثود الكهربائي المغلف أحادي الجانب LiNiCoMnO2 (NCM111)
1. السيارات الكهربائية (EVs): يُعد NCM مادة كاثود أساسية لبطاريات الطاقة الكهربائية. وتحقق المتغيرات عالية النيكل مثل NCM811 (LiNi0.8Co0.1Co0.1Mn0.1O2) استقرارًا حراريًا محسنًا وعمر دورة من خلال التعديلات السطحية (على سبيل المثال، طلاءات فيتات الصوديوم) وتطعيم العناصر (على سبيل المثال، Ti، Mg، Nb). تُظهر خلايا كيس NCM811 المعدلة زيادة بنسبة 45% في درجة حرارة بداية الهروب الحراري (من 125.9 درجة مئوية إلى 184.8 درجة مئوية) واحتفاظًا فائقًا بالقدرة بعد 700 دورة عند 4.6 فولت. تُظهر مواد NCM111 المعاد تدويرها طول عمر استثنائي، مع احتفاظها بالقدرة بنسبة 70% على مدار 11,600 دورة في خلايا الحقيبة بسعة 1 أمبير، متفوقة بذلك على نظيراتها التجارية.
2. أنظمة تخزين الطاقة (ESS): تعد المواد القائمة على NCM، مثل كاثودات المنجنيز الغنية بالليثيوم (Li1.2Ni0.2Ni0.2Mn0.6O2)، مثالية لتخزين الطاقة على نطاق الشبكة نظرًا لقدرتها العالية (>250 مللي أمبير/غرام) وتكلفتها المنخفضة. وتعزز كثافة الضغط المحسّنة (≥3.0 جم/سم3) واستراتيجيات تعزيز الليثيوم (على سبيل المثال، طلاءات LiYO2) كثافة الطاقة إلى 400 واط/كجم، مما يحسن الجدوى الاقتصادية لتكامل الطاقة المتجددة.
3. الأجهزة عالية الطاقة: تعزز المواد النانوية النانوية ذات البنية النانوية، مثل الصفائح النانوية على شكل الجوز ذات الأوجه النشطة {010} المكشوفة، حركية انتشار أيونات الليثيوم، مما يوفر 131.23 مللي أمبير/غرام عند معدلات تفريغ 10C. وهي ضرورية للأدوات الكهربائية والطائرات بدون طيار والمركبات الكهربائية الهجينة. يحسّن تخليق NCM111 بمساعدة كبريتات الأمونيوم من قدرة المعدل بشكل أكبر من خلال تحسين هياكل المسام وتقليل خلط كاتيونات الليثيوم/نيتروجين النيكل.
4. الإلكترونيات الاستهلاكية: تعمل متغيرات NCM ذات الجهد العالي (حتى 4.9 فولت) مع طلاءات أكسيد السيريوم (CeO2) على منع إطلاق الأكسجين وتحلل الإلكتروليت، مما يطيل عمر البطارية في الهواتف الذكية وأجهزة الكمبيوتر المحمولة والأجهزة القابلة للارتداء. تحافظ NCM المعدّلة على ثبات تدوير البطارية حتى عند 4.9 فولت، مما يحسّن بشكل كبير من الاحتفاظ بالقدرة.
5. إعادة تدوير البطارية وإعادة تدويرها: تعمل عمليات إعادة التدوير المغلقة الحلقة المغلقة على تجديد NCM من البطاريات المستهلكة، وغالبًا ما تتفوق على المواد البكر. تحقق خلايا الحقيبة NCM111 المعاد تدويرها أكثر من 11,600 دورة مع الاحتفاظ بالقدرة بنسبة 70%، بينما توفر بطاريات NCM111 أحادية البلورة المطورة من LiCo₂ المعاد تدويرها 159 مللي أمبير/غرام (0.1C) واحتفاظ بنسبة 82.1% بعد 200 دورة، متوافقة مع المعايير التجارية.
6. المكثفات الفائقة والأنظمة الهجينة: تتيح البنى المتغايرة المشتقة من NCM (على سبيل المثال، أقطاب NiCo-MOF@MnO2/AC) المكثفات الفائقة غير المتماثلة ذات السعة النوعية العالية (15.2 فولت/سم2) وكثافة الطاقة (1.191 ميجاوات/سم2)، وهي مناسبة للتوصيل السريع للطاقة في الأنظمة الهجينة.
تغليف قرص القطب الكاثود الكهربائي المغلف أحادي الجانب LiNiCoMnO2 (NCM111)
يتم تعبئة منتجاتنا في علب كرتونية مخصصة بأحجام مختلفة بناءً على أبعاد المواد. تعبأ المواد الصغيرة بإحكام في صناديق PP، بينما توضع المواد الأكبر حجمًا في صناديق خشبية مخصصة. نضمن الالتزام الصارم بتخصيص التغليف واستخدام مواد توسيد مناسبة لتوفير الحماية المثلى أثناء النقل.
التغليف: يتم تخزينها في صندوق مفرغ من الهواء أو فرن مفرغ من الهواء أو صندوق قفازات لتجنب التدهور. كرتون أو صندوق خشبي أو حسب الطلب.
يرجى مراجعة تفاصيل التغليف المقدمة للرجوع إليها.
عملية التصنيع
1.طريقة الاختبار
(1)تحليل التركيب الكيميائي - يتم التحقق منه باستخدام تقنيات مثل GDMS أو XRF لضمان الامتثال لمتطلبات النقاء.
(2)اختبار الخواص الميكانيكية - يشمل اختبارات قوة الشد وقوة الخضوع والاستطالة لتقييم أداء المواد.
(3)فحص الأبعاد - يقيس السُمك والعرض والطول لضمان الالتزام بالتفاوتات المحددة.
(4)فحص جودة السطح - التحقق من وجود عيوب مثل الخدوش أو الشقوق أو الشوائب من خلال الفحص البصري والفحص بالموجات فوق الصوتية.
(5)اختبار الصلابة - يحدد صلابة المواد لتأكيد التوحيد والموثوقية الميكانيكية.
يرجى الرجوع إلى إجراءات اختبارSAM للحصول على معلومات مفصلة.
الأسئلة الشائعة حول قرص القطب الكاثود المطلي أحادي الجانب LiNiCoMnO2 (NCM111)
Q1. لماذا يستخدم محتوى النيكل العالي في NCM؟
تزيد المتغيرات عالية النيكل (على سبيل المثال، NCM811) من كثافة الطاقة (حوالي 250 مللي أمبير/غرام) ولكنها تواجه تحديات مثل فقدان الأكسجين عند الفولتية العالية (>4.5 فولت) والتدهور الهيكلي. تخفف الابتكارات مثل الطلاء السطحي (على سبيل المثال، فيتات الصوديوم) والتطعيم (على سبيل المثال، Ti وMg) من هذه المشاكل، مما يحسن الاستقرار الحراري وعمر الدورة.
Q2. كيف يمكن لبطارية NCM تعزيز سلامة البطارية؟
تعمل التعديلات مثل طلاءات فيتات الصوديوم على تأخير درجات حرارة بداية الهروب الحراري بنسبة 45% (125.9 درجة مئوية ← 184.8 درجة مئوية)، بينمايقلل التطعيم عالي الاستقطاب من إجهاد الشبكة (<0.5%) لمنع التشققات. تضمن هذه الاستراتيجيات السلامة الهيكلية حتى في ظل الظروف القاسية.
Q3. كيف يمكن مقارنة NCM بكاثودات LFP أو LCO؟
توفر NCM كثافة طاقة أعلى من فوسفات حديد الليثيوم (LFP) ولكنها تتطلب استقرارًا من أجل السلامة. وبالمقارنة مع أكسيد الكوبالت الليثيوم (LCO)، فإنه يقلل من الاعتماد على الكوبالت والتكاليف مع الحفاظ على الأداء.
معلومات ذات صلة
1-طرق التحضير الشائعة
يتم تصنيع مواد كاثود LiNiCoMnO2 (NCM) من خلال تقنيات مثل تفاعل الحالة الصلبة، والترسيب المشترك، وطرق سول-جيل، وكل منها مصمم لتحقيق تحكم متكافئ دقيق وتجانس هيكلي. ينطوي مسار الحالة الصلبة على الخلط الميكانيكي لأملاح الليثيوم (على سبيل المثال، LiOH أو Li2CO3) مع أكاسيد الفلزات الانتقالية (NiO، Co3O4، MnO2)، يليها تكليس بدرجة حرارة عالية (800-1000 درجة مئوية) في أجواء غنية بالأكسجين. وعلى الرغم من أن هذه الطريقة فعالة من حيث التكلفة، إلا أنها غالبًا ما تنتج مورفولوجيات جسيمات غير منتظمة وخلط غير كامل للكاتيونات، مما يستلزم معالجات ما بعد التوليف مثل الطحن الكروي أو التلدين الثانوي لتحسين التبلور.
يولّد الترسيب المشترك، المستخدم على نطاق واسع للإنتاج على نطاق صناعي، سلائف موحدة عن طريق ترسيب هيدروكسيدات الفلزات الانتقالية (NiCoMn(OH)2) من محاليل نترات/كبريتات الفلزات المائية تحت درجة حموضة (10-12) ودرجة حرارة (50-60 درجة مئوية) مضبوطة. ثم يتم تكحيل السلائف وتلبيدها لتشكيل هياكل من طبقات NCM، مما يتيح التحكم الدقيق في حجم الجسيمات (5-15 ميكرومتر) وتوزيع الكاتيونات. وتقلل المتغيرات المتقدمة، مثل الترسيب المشترك بمساعدة الأمونيا، من المحتوى القلوي المتبقي (<0.1 بالوزن بالوزن) وتعزز التوحيد التركيبي.
يحقق التخليق الهلامي الذري تجانسًا على المستوى الذري عن طريق خلط أيونات المعادن (Ni2+، Co2+، Mn2+) مع الروابط العضوية (مثل حمض الستريك) لتشكيل هلام بوليمر يتحلل إلى NCM نانوي الهيكل (مثل الصفائح النانوية والأطر المسامية) أثناء التكليس في درجات حرارة منخفضة (600-800 درجة مئوية). تعمل تعديلات ما بعد التركيب، بما في ذلك ترسيب الطبقة الذرية (ALD) من Al2O3 أو الطلاء الكيميائي الرطب لفيتات الصوديوم (PN)، على تثبيت سطح المادة ضد تحلل الإلكتروليت وإطلاق الأكسجين.
وتنتج الطرق الناشئة مثل تخليق الملح المنصهر والتحلل الحراري بالرش جسيمات أحادية البلورة من NCM مع حدود حبيبات مصغرة إلى الحد الأدنى، مما يخفف بشكل فعال من تكوين التشققات الدقيقة أثناء ركوب الدراجات. تعمل استراتيجيات التطعيم عالية الاستقطاب - التي تتضمن عناصر مثل Ti وMg وNb أثناء تخليق السلائف - على تعزيز استقرار الشبكة وتحفيز سلوك "عدم الإجهاد" (إجهاد محوري أقل من 0.5%)، مما يحسن بشكل كبير من المرونة الميكانيكية. وتوازن هذه الأساليب مجتمعةً بين قابلية التوسع والتكلفة والأداء، مما يمكّن NCM من تلبية متطلبات التطبيقات عالية الكثافة في الطاقة مع معالجة التحديات في الاستقرار الحراري والهيكلي.
