LiNiCoMnO2 (NCM523) رقائق الألومنيوم المغلفة أحادية الجانب وصف رقائق الألومنيوم المغلفة من جانب واحد
إن رقائق الألومنيوم المغلفة أحادية الجانب LiNiCoMnO2 (NCM523) هي مادة قطب كهربائي مركب مصممة لبطاريات الليثيوم أيون، تجمع بين المزايا الهيكلية والكهروكيميائية لكاثود أكسيد الطبقات مع الخصائص الميكانيكية والتوصيلية لرقائق الألومنيوم. تتبلور طبقة الكاثود NCM523، ذات القياس التكافئي من LiNi0.5Co0.2Co0.2Mn0.3O2، في بنية سداسية α-NaFeO2 (المجموعة الفضائية *R-3m*)، تتميز بطبقات متناوبة من الليثيوم وأكاسيد الفلزات الانتقالية. يسهّل هذا الترتيب الطبقي عملية إقحام أيونات الليثيوم وإزالة التكثيف الفعال أثناء دورات الشحن والتفريغ، مما يحقق قدرة محددة قابلة للعكس تبلغ حوالي 160-180 مللي أمبير/غرام بمعدلات 0.1C. تعمل الركيزة المصنوعة من رقائق الألومنيوم، التي يتراوح سمكها عادةً بين 10 و20 ميكرومتر، كمجمع تيار عالي التوصيل مع مقاومة كهربائية منخفضة (~ 2.65×10^8 Ω-م) وقوة شد قوية (>150 ميجا باسكال)، مما يضمن السلامة الهيكلية أثناء معالجة القطب الكهربائي وتجميع الخلايا.
ويشكل الطلاء أحادي الجانب، الذي يتم تطبيقه عبر طرق دقيقة مثل طلاء القوالب ذات الفتحة أو الشفرات الطبية، طبقة موحدة NCM523 (بسمك 50-120 ميكرومتر) تتكون من مادة نشطة وإضافات كربون موصلة (على سبيل المثال، 3-5% بالوزن من الكربون الأسود) ومادة رابطة من فلوريد البولي فينيل الدين (PVDF). تعمل عملية التقويم تحت ضغط متحكم به (5-10 ميجا باسكال) على تحسين كثافة القطب الكهربائي (≥3.3جم/سم مكعب)وقوة الالتصاق (>1.5 نيوتن/سم مكعب)، مما يقلل من مخاطر التفكك. وتوازن تركيبة NCM523 بين مساهمة النيكل ذات السعة العالية مع الاستقرار الهيكلي للكوبالت والمرونة الحرارية للمنجنيز، مما يحقق درجة حرارة بداية التحلل فوق 220 درجة مئوية في الأجواء الخاملة. كما أن التعديلات السطحية، مثل تخدير الألومنيوم النزرة أو الطلاءات الخزفية فائقة الرقة (على سبيل المثال، Al2O3 عبر ترسيب الطبقة الذرية)، تعزز الاستقرار البيني من خلال كبح إطلاق الأكسجين وتقليل مقاومة نقل الشحنات، حتى عند الفولتية المرتفعة (حتى 4.4 فولت).
تُظهر المادة تغيرات معتدلة في الحجم (حوالي 2-3% إجهاد شبكي) أثناء ركوب الدراجات، ويتم تخفيفها من خلال نسبة المعادن الانتقالية المتوازنة، مما يقلل من خلط كاتيونات الليثيوم/النيكل (<4%) والتحولات الطورية. تضمن تقنيات التصنيع المتقدمة، بما في ذلك مراقبة السماكة بالليزر وتنشيط سطح البلازما، توحيد الطلاء (تحمل السماكة ± 2 ميكرومتر) ومسامية محسّنة، وهو أمر بالغ الأهمية لنقل الأيونات المتناسق وتسلل الإلكتروليت. ويقلل التصميم أحادي الجانب من التفاعلات الجانبية الطفيلية على سطح الألومنيوم غير المطلي، مما يمنع التآكل والطلاء بالليثيوم في ظل التشغيل عالي الجهد. يعمل هذا التكوين أيضًا على تبسيط عملية إعادة التدوير، حيث يمكن فصل رقائق الألومنيوم وطبقة NCM523 بكفاءة في عمليات الحلقة المغلقة. ويضع الجمع بين الكفاءة الكهروكيميائية والمرونة الحرارية والمتانة الميكانيكية هذه المادة كمنصة قوية لأنظمة تخزين الطاقة عالية الأداء.
تطبيقات رقائق الألومنيوم المطلية من جانب واحد LiNiCoMnO2 (NCM523)
1. السيارات الكهربائية (EVs): يعد NCM523 مكونًا أساسيًا في بطاريات السيارات الكهربائية، حيث يوفر كثافة طاقة معتدلة (حوالي 160-180 مللي أمبير/غرام عند 0.1 درجة مئوية) وثباتًا هيكليًا. يتم تثبيت المتغيرات عالية النيكل مثل NCM811 من خلال الطلاء السطحي (على سبيل المثال، فيتات الصوديوم) والمنشطات العنصرية (على سبيل المثال، Ti وMg)، مما يؤخر درجات حرارة بداية الهروب الحراري من 125.9 درجة مئوية إلى 184.8 درجة مئوية ويحقق الاحتفاظ بالقدرة بنسبة 95% بعد 500 دورة. تعزز المواد المعاد تدويرها NCM523 الاستدامة بشكل أكبر، حيث تحتفظ بسعة 70% على مدار 11,600 دورة في خلايا الحقيبة ذات سعة 1 أمبير، متفوقة بذلك على نظيراتها التجارية.
2. أنظمة تخزين الطاقة (ESS): يعد NCM523 أمرًا بالغ الأهمية للتخزين على نطاق الشبكة، لا سيما المتغيرات القائمة على الليثيوم الغني بالمنغنيز (على سبيل المثال، Li1.2Ni0.2Ni0.2Mn0.6O2)، والتي توفر سعات تتجاوز 250 مللي أمبير/غرام وكثافة طاقة تبلغ 400 واط/كجم.تعملكثافة الضغط المحسّنة (≥3.0جم/سم3) والطلاءات (مثل LiYO2) على تحسين السلامة الهيكلية لركوب الدراجات لفترات طويلة.
3. الأجهزة عالية الطاقة: يعزز NCM523 ذو البنية النانوية، مثل الصفائح النانوية على شكل الجوز مع {010} جوانب نشطة مكشوفة، حركية انتشار أيونات الليثيوم، محققًا 131.23 مللي أمبير/غرام بمعدلات 10C. وهذا يجعلها مناسبة للأدوات الكهربائية والطائرات بدون طيار والمركبات الهجينة.
4. الإلكترونيات الاستهلاكية: تعمل متغيرات NCM523 ذات الجهد العالي (حتى 4.9 فولت) مع طلاءات أكسيد السيريوم (CeO2) على كبح إطلاق الأكسجين وتحلل الإلكتروليت، مما يطيل عمر البطارية في الهواتف الذكية وأجهزة الكمبيوتر المحمولة والأجهزة القابلة للارتداء. تحتفظ NCM523 المعدّلة بسعة تزيد عن 80% بعد 200 دورة تحت الفولتية القصوى.
5. إعادة تدوير البطارية وإعادة تدويرها: تعمل إعادة التدوير في حلقة مغلقة على إعادة توليد NCM523 من البطاريات المستهلكة، وغالباً ما تتفوق على المواد البكر. تحقق بطارية NCM523 المعاد تدويرها احتفاظًا بالقدرة بنسبة 91.55% بعد 100 دورة عند 0.5C، مع هامش ربح أعلى بـ 10 أضعاف تقريبًا من الطرق التقليدية. يتم تحويل LiCo2 المعاد تدويره إلى NCM523 أحادي البلورة، مما يوفر 159 مللي أمبير/غرام (0.1 درجة مئوية) واحتفاظ بنسبة 82.1% بعد 200 دورة.
6- درجات الحرارة العالية والتطبيقات الصناعية: تتيح المرونة الحرارية لـ NCM523 (إطلاق الأكسجين > 220 درجة مئوية) والتعديلات السطحية (مثل طلاءات Al2O3) التشغيل المستقر في البيئات ذات درجات الحرارة المحيطة العالية، مثل الآلات الصناعية وأنظمة الطاقة الاحتياطية.
7. أنظمة الطاقة الهجينة والمكثفات الفائقة: تتيح البنى المتغايرة المشتقة من NCM (على سبيل المثال، أقطاب NiCo-MOF@MnO2/AC) تمكين المكثفات الفائقة غير المتماثلة ذات السعة النوعية العالية (15.2 فولت/سم2) وكثافة الطاقة (1.191 ميجاوات ساعة/سم2)، مما يسدّ الطريق أمام التوصيل السريع للطاقة في الأنظمة الهجينة.
تغليف رقائق الألومنيوم المطلية من جانب واحد LiNiCoMnO2 (NCM523)
يتم تغليف منتجاتنا في علب كرتونية مخصصة بأحجام مختلفة بناءً على أبعاد المواد. تعبأ المواد الصغيرة بشكل آمن في صناديق PP، بينما توضع المواد الأكبر حجمًا في صناديق خشبية مخصصة. نضمن الالتزام الصارم بتخصيص العبوات 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 السماكة 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 من جانب واحد LiNiCoMnO2 (NCM523)
Q1. لماذا استخدام طلاء أحادي الجانب بدلاً من طلاء مزدوج الجانب؟
يقلل الطلاء أحادي الجانب من وزن وسمك القطب الكهربائي، وهو أمر بالغ الأهمية للتطبيقات التي تتطلب تصميمات خفيفة الوزن أو مرنة (مثل الإلكترونيات القابلة للارتداء). كما أنه يقلل من تكاليف المواد ويبسط التصنيع، بينما يمنع الجانب غير المطلي التلامس المباشر للإلكتروليت مع الألومنيوم، مما يقلل من التآكل والتفاعلات الطفيلية عند الفولتية العالية (>4.3 فولت).
Q2. كيف يتم تطبيق الطلاء؟
يتم طلاء ملاط NCM111 (المادة النشطة، الكربون الموصّل، مادة رابطة PVDF) بشكل موحد عبر تقنيات القوالب ذات الفتحات أو شفرات الطبيب، يليها التجفيف والتقويم لتحقيق الكثافة المثلى (≥3.2 جم/سم مكعب). يضمن التحكم الدقيق توحيد الطلاء (Ra <0.2 ميكرومتر) والالتصاق.
Q3. ما هي المزايا الرئيسية لهذه المادة؟
الموصلية العالية: تضمن المقاومة المنخفضة للألومنيوم (~2.65×10^-8 Ω-م) تجميع التيار بكفاءة.
المتانة الميكانيكية: قوة الشد للرقائق (>150 ميجا باسكال) تتحمل تقويم القطب الكهربائي وتجميع الخلايا.
الاستقرار الكهروكيميائي: توفر نسبة الفلز الانتقالي المتوازن لطبقة NCM111 (1:1:1) كثافة طاقة معتدلة (حوالي 160 مللي أمبير/غرام عند 0.1 درجة مئوية) مع ثبات حراري (إطلاق الأكسجين >200 درجة مئوية).
الكفاءة البينية: يقلل الطلاء المعزول من تصفيح الليثيوم وتحلل الإلكتروليت، مما يعزز عمر الدورة.
معلومات ذات صلة
1-طرق التحضير الشائعة
يتضمن تحضير رقائق الألومنيوم المطلية من جانب واحد LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2 (NCM523) لكاثودات بطاريات الليثيوم أيون تصنيع المادة النشطة NCM523 - عادةً عبر طرق الحالة الصلبة أو الطرق الحرارية المائية - ثم خلطها مع مادة رابطة من فلوريد البولي فينيلدين (PVDF) وأسود الكربون الموصلة (مثل, سوبر P) لتشكيل ملاط؛ يتم تطبيق هذا الملاط بشكل موحد على جانب واحد من مجمّع تيار من رقائق الألومنيوم بسمك 15 ميكرومتر باستخدام عملية طلاء رطبة، يليها التجفيف لإزالة المذيبات والتقويم لتحقيق كثافة ضغط تبلغ حوالي 3.0 جم/سم3، مما ينتج عنه صفيحة قطب كهربائي كاثود مُحسّنة لتطبيقات بطاريات الليثيوم أيون.
