LiNiCoCoMnO2 (NCM111) وصف رقائق الألومنيوم المغلفة مزدوجة الجانب
إن رقائق الألومنيوم المغلفة على الوجهين LiNiCoMnO2 (NCM111) هي مادة قطب كهربائي مركب مصممة لبطاريات الليثيوم أيون عالية الأداء، وتتميز بهيكلها ثنائي الجانب الذي يدمج طبقة كاثود موحدة NCM111 (LiNiCoMnO2) على كلا سطحي ركيزة رقائق الألومنيوم. تُستخدم رقائق الألومنيوم، التي يتراوح سمكها عادةً بين 10 و20 ميكرومتر، كمجمع تيار عالي التوصيل مع مقاومة منخفضة (~ 2.65×10^8 Ω-م) وقوة ميكانيكية قوية (>150 ميجا باسكال قوة شد)، مما يضمن السلامة الهيكلية أثناء تقويم القطب الكهربائي وتجميع الخلايا. وتتكون كل طبقة طلاء NCM111، التي يتراوح سمكها بين 50-150 ميكرومتر، من أكسيد فلز انتقالي متوازن (Ni: Co: Mn = 1:1:1) يتبلور في بنية α-NaFeO2 ذات طبقات (المجموعة الفضائية *R-3m*)، مما يسهل إقحام أيونات الليثيوم القابلة للانعكاس مع الحد الأدنى من الإجهاد الشبكي (~1-2%) وأداء مستقر في ركوب الدراجات.
تنطوي عملية الطلاء المزدوج الجانب على ترسيب دقيق للطين باستخدام تقنيات القوالب ذات الفتحة أو شفرة الطبيب، يليها التجفيف والتقويم تحت ضغط متحكم به (5-10 ميجا باسكال) لتحقيق كثافة عالية للإلكترود (≥3.4 جم/سم3)وتوزيع موحد للمواد النشطة. يضاعف هذا التكوين مساحة السطح النشط مقارنةً بالتصاميم أحادية الجانب، مما يعزز بشكل كبير كثافة الطاقة (حوالي 320 مللي أمبير/غرام لكل قطب عند 0.1 درجة مئوية) مع الحفاظ على كفاءة نقل الإلكترون عبر ركيزة الألومنيوم. تتم صياغة طبقات NCM111 بإضافات موصلة (على سبيل المثال، 3-5% بالوزن من أسود الكربون) ومواد رابطة PVDF لتحسين الترشيح الإلكتروني والالتصاق، مما يقلل من مقاومة نقل الشحنات البينية ويتيح قدرة عالية المعدل (على سبيل المثال، 130 مللي أمبير/غرام عند 2 درجة مئوية).
يتم ضمان الاستقرار الحراري من خلال خصائص الاحتفاظ بالأكسجين في المادة، مع درجات حرارة تحلل تتجاوز 200 درجة مئوية في الأجواء الخاملة، كما أن التعديلات السطحية مثل المنشطات النزرة (مثل الألومنيوم والمغنيسيوم) تخفف من فقدان الأكسجين أثناء التشغيل عالي الجهد (حتى 4.5 فولت). ويقلل تصميم الطلاء المتماثل من إجهاد الانحناء ومخاطر التفكك أثناء تكديس القطب الكهربائي أو لفه، بينما يمنع سطح رقائق الألومنيوم المقاوم للتآكل التدهور التأكسدي في الشوارد العضوية. تضمن تدابير مراقبة الجودة المتقدمة، بما في ذلك مراقبة السماكة بالليزر واختبار قوة التقشير، توحيد الطلاء (تفاوت ± 1.5 ميكرومتر) والمتانة الميكانيكية (> 2.0 نيوتن/سم) وهو أمر بالغ الأهمية لتصنيع البطاريات على نطاق واسع. وتوازن هذه البنية ثنائية الجانب بين كثافة الطاقة العالية والمرونة الميكانيكية والكفاءة الكهروكيميائية، مما يجعلها منصة متعددة الاستخدامات لتقنيات تخزين الطاقة من الجيل التالي.
تطبيقات رقائق الألومنيوم المزدوجة الجانب المغلفة ب LiNiCoMnO2 (NCM111)
1. السيارات الكهربائية (EVs): تهيمن بطاريات الليثيوم أيون القائمة على NCM على أنظمة طاقة السيارات الكهربائية بسبب قدرتها النوعية العالية (حوالي 250 مللي أمبير/غرام) وكثافة الطاقة (> 400 واط/كجم). تعمل المتغيرات عالية النيكل مثل NCM811 (LiNi0.8Co0.1Co0.1Mn0.1O2) على تعزيز مدى القيادة ولكنها تتطلب الاستقرار من خلال تعديلات السطح (على سبيل المثال، طلاءات فيتات الصوديوم) وتطعيم العناصر (على سبيل المثال، Ti، Mg، Nb) للتخفيف من المخاطر الحرارية. تُظهر خلايا NCM811 المعدّلة زيادة بنسبة 45% في درجة حرارة بدء الهروب الحراري (125.9 درجة مئوية → 184.8 درجة مئوية)وتحافظ على الاحتفاظ بالقدرة بنسبة 95% بعد 500 دورة. تحقق مواد NCM111 المعاد تدويرها احتفاظًا بالقدرة بنسبة 70% على مدار 11,600 دورة، متفوقة بذلك على نظيراتها التجارية.
2. أنظمة تخزين الطاقة (ESS): تعتبر مواد NCM ضرورية للتخزين على نطاق الشبكة وتكامل الطاقة المتجددة. وتوفر المتغيرات القائمة على المنجنيز الغني بالليثيوم (على سبيل المثال، Li1.2Ni0.2Ni0.2Mn0.6O2) قدرات تتجاوز 250 مللي أمبير/غرام وكثافة طاقة تبلغ 400 واط/كجم. تعمل كثافة الضغط المحسّنة (≥3.0 جم/سم3) والطلاءات مثل LiYO2 على تحسين السلامة الهيكلية، مما يتيح ركوب الدراجات المستقرة في تطبيقات ESS واسعة النطاق.
3. 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. تعمل هذه الطلاءات على استقرار ركوب الدراجات عند الفولتية القصوى، مع الاحتفاظ بأكثر من 80% من السعة بعد 200 دورة.
4. إعادة تدوير البطاريات وإعادة تدويرها: تؤدي إعادة التدوير في الحلقة المغلقة إلى إعادة توليد مادة NCM من البطاريات المستهلكة، وغالباً ما تتفوق على المواد البكر. تحقق مادة NCM111 المعاد تدويرها 11,600 دورة مع الاحتفاظ بقدرة 70٪. يتم تحويل LiCoO2 المعاد تدويره إلى NCM111 أحادي البلورة، مما يوفر 159 مللي أمبير/غرام (0.1C) واحتفاظ بنسبة 82.1% بعد 200 دورة.
5. الأجهزة عالية الطاقة: تعمل مواد NCM ذات البنية النانوية (مثل الصفائح النانوية على شكل الجوز) على تعزيز انتشار أيونات الليثيوم، محققة 131.23 مللي أمبير/غرام بمعدلات 10C للأدوات الكهربائية والمركبات الهجينة. يحسّن التخليق بمساعدة كبريتات الأمونيوم من هياكل المسام، مما يحسّن القدرة على المعدل واستقرار الدورة.
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)، مما يسد الفجوة بين المكثفات والبطاريات لتوصيل الطاقة بسرعة.
تغليف رقائق الألومنيوم المغلفة برقائق الألومنيوم المزدوجة الجانب LiNiCoMnO2 (NCM111)
يتم تغليف منتجاتنا في علب كرتونية مخصصة بأحجام مختلفة بناءً على أبعاد المواد. يتم تعبئة العناصر الصغيرة بشكل آمن في صناديق PP، بينما يتم وضع العناصر الأكبر حجمًا في صناديق خشبية مخصصة. نحن نضمن الالتزام الصارم بتخصيص التغليف واستخدام مواد توسيد مناسبة لتوفير الحماية المثلى أثناء النقل.
التغليف: 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 المتداولة حول رقائق الألومنيوم المطلية على جانبين LiNiCoMnO2 (NCM111)
Q1. لماذا يفضل استخدام NCM في التطبيقات عالية الطاقة؟
يوفر NCM كثافة طاقة عالية (>400 واط/كجم) وخصائص كهروكيميائية قابلة للتخصيص. على سبيل المثال، يوفر NCM811 سعة 250 مللي أمبير/غرام تقريبًا، وهو مثالي للسيارات الكهربائية (EVs). تعمل التعديلات المتقدمة، مثل طلاءات فيتات الصوديوم، على تعزيز الاستقرار الحراري، مما يؤخر الهروب الحراري بنسبة 45% (من 125.9 درجة مئوية إلى 184.8 درجة مئوية).
Q2. ما هي التحديات التي تواجه الطلاء عالي النيكل NCM؟
يزيد المحتوى العالي من النيكل (على سبيل المثال، NCM811) من كثافة الطاقة ولكنه يخاطر بفقدان الأكسجين عند الفولتية العالية (>4.5 فولت)، مما يسبب انتقالات طورية وتشققات دقيقة. تشمل الحلول التطعيم عالي الاستقطاب (Ti، Mg، Nb) لتقليل الإجهاد (<0.5%) والطلاءات لمنع إطلاق الأكسجين.
Q3. ما هي التطورات المستقبلية المتوقعة؟
تصميمات خالية من الكوبالت: استخدام الألومنيوم أو الأتربة النادرة لتقليل التكاليف.
الجهد العالي للغاية: تشغيل مستقر حتى 4.9 فولت مع شوارد كهربائية متقدمة.
الأنظمة الهجينة: المكثفات الفائقة القائمة على NCM لتوصيل الطاقة بسرعة.
