قرص القطب الكاثود الكهربائي المغلف أحادي الجانب LiNiCoMnO2 (NCM622) وصف القرص الكاثود المغلف أحادي الجانب
يُعد قرص القطب الكاثود الكاثود المطلي أحادي الجانب LiNiCoMnO₂ (NCM622) قرص كاثود مطلي أحادي الجانب مكونًا متخصصًا لبطارية ليثيوم أيون مصممًا لتحقيق كثافة طاقة عالية واستقرار كهروكيميائي. تتبلور مادة الكاثود، ذات القياس التكافئي من LiNi₀.₆Co₀.₀Mn₂₂₂₂₂₂، في هيكل α-NaFeO₂-NAFeO₂ (المجموعة الفضائية *R-3m*)، يتميز بطبقات متناوبة من الليثيوم وأكاسيد الفلزات الانتقالية. يسهّل هذا التكوين عملية إقحام أيونات الليثيوم وإزالة التكالؤ بكفاءة، مما يوفر قدرة محددة قابلة للانعكاس تبلغ حوالي 170-190 مللي أمبير/غرام بمعدلات 0.1 درجة مئوية. تعمل الركيزة المصنوعة من رقائق الألومنيوم، بسماكة 15 ميكرومتر، كمجمع تيار عالي التوصيل، حيث تُظهر مقاومة كهربائية منخفضة (~ 2.65 × 10 × 10 ⁸ Ω-م) وقوة ميكانيكية قوية (>150 ميجا باسكال قوة شد)، مما يضمن السلامة الهيكلية أثناء تصنيع القطب وتجميع الخلايا.
يتكون الطلاء أحادي الجانب، الذي يتراوح سمكه عادةً من 60-100 ميكرومتر، من مسحوق NCM622، وإضافات الكربون الموصلة (على سبيل المثال، 3-5% بالوزن من الكربون الأسود)، وفلوريد البولي فينيلدين (PVDF)، ويتم تطبيقه بشكل موحد عبر تقنيات دقيقة مثل الطلاء بالفتحة أو الشفرات الطبية. تعمل عملية التقويم بعد الطلاء تحت ضغط محكوم (5-10 ميجا باسكال) على تحسين كثافة القطب (≥3.5 جم/سم مكعب) وقوة الالتصاق (>1.8 نيوتن/سم مكعب)، مما يقلل منمخاطر التفكك أثناء التدوير. وتوازن تركيبة NCM622 بين مساهمة النيكل العالية السعة مع الاستقرار الهيكلي للكوبالت والمرونة الحرارية للمنجنيز، مما يحقق درجات حرارة بداية إطلاق الأكسجين التي تتجاوز 210 درجة مئوية في ظروف خاملة. وتعزز التعديلات السطحية، مثل الطلاءات السطحية الرقيقة للغاية من Al₂O₃O₃ عبر ترسيب الطبقة الذرية (ALD) أو المواد المخدرة (مثل Ti وMg)، الاستقرار البيني من خلال كبح التفاعلات الطفيلية وتقليل مقاومة نقل الشحنة (R<sub>ct</sub> < 35 Ω-سم²)، حتى عند الفولتية المرتفعة (حتى 4.4 فولت).
تُظهر المادة تغيرات معتدلة في الحجم (حوالي 2-4% إجهاد شبكي) أثناء ركوب الدراجات، ويتم تخفيفها من خلال نسبة المعادن الانتقالية المحسّنة، مما يقلل من خلط كاتيونات الليثيوم/النيكل (<5%) والتحولات الطورية. تضمن بروتوكولات التصنيع المتقدمة، بما في ذلك مراقبة السماكة بالليزر وتنشيط سطح البلازما، توحيد الطلاء (تحمل السماكة ± 2 ميكرومتر) ومسامية مصممة خصيصًا لتسلل الإلكتروليت بكفاءة. يقلل التصميم أحادي الجانب من التلامس المباشر للإلكتروليت مع ركيزة الألومنيوم، مما يمنع التآكل والطلاء بالليثيوم في ظل التشغيل عالي الجهد. يتماشى هذا التكوين أيضًا مع قابلية إعادة التدوير، حيث يمكن فصل رقائق الألومنيوم وطبقة NCM622 بكفاءة في عمليات الحلقة المغلقة. يجمع قرص القطب الكهربائي هذا بين كثافة الطاقة العالية والمرونة الحرارية والمتانة الميكانيكية، وهو ما يجعله منصة قوية لأبحاث البطاريات المتقدمة والتحقق من صحة الأداء.
تطبيقات قرص القطب الكهربي LiNiCoMnO2 (NCM622) المطلي بطبقة كاثود أحادية الجانب
يُعد قرص القطب الكهربائي الكاثود المغلف أحادي الجانب LiNi₀.₆Co₀₀₂₂₂₂₂₂₂₂ (NCM622) مكونًا متعدد الاستخدامات يستخدم على نطاق واسع في مختلف تطبيقات بطاريات الليثيوم أيون نظرًا لكثافة الطاقة العالية والأداء الكهروكيميائي المواتي وفعالية التكلفة.
وفي مجال السيارات الكهربائية (EVs)، يُستخدم NCM622 كمادة كاثود بارزة. وتوفر تركيبته المتوازنة حلاً وسطاً بين القدرة العالية للكاثودات الغنية بالنيكل والاستقرار الحراري الذي يوفره المنغنيز والكوبالت. هذا التوازن يجعل NCM622 مناسبًا لبطاريات السيارات الكهربائية، حيث تكون كثافة الطاقة والسلامة أمرًا بالغ الأهمية.
وبخلاف السيارات الكهربائية، يُستخدم NCM622 في الأجهزة الإلكترونية المحمولة مثل الهواتف الذكية وأجهزة الكمبيوتر المحمولة والأجهزة اللوحية. وتساهم السعة النوعية العالية للمادة وأداء التدوير المستقر في إطالة عمر البطارية وموثوقيتها، وهي عوامل حاسمة في الإلكترونيات الاستهلاكية.
في أنظمة تخزين الطاقة (ESS)، تُستخدم الكاثودات القائمة على NCM622 في تخزين الشبكة وتكامل الطاقة المتجددة. إن قدرتها على تقديم أداء ثابت على مدى دورات شحن وتفريغ عديدة تجعلها مناسبة للتطبيقات التي تتطلب حلول تخزين طاقة طويلة الأجل.
علاوة على ذلك، يجري استكشاف NCM622 في تطوير بطاريات الحالة الصلبة بالكامل (ASSBs). تشير الأبحاث إلى أن التعديلات السطحية، مثل الطلاء بمواد مثل TiO₂-LiF، يمكن أن تعزز استقرار وأداء كاثودات NCM622 في بطاريات الحالة الصلبة بالكامل، مما يعالج التحديات المتعلقة بالاستقرار البيني والتوصيل الأيوني.
تغليف قرص القطب الكاثود الكهربائي المغلف أحادي الجانب LiNiCoMnO2 (NCM622)
يتم تغليف 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: 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 عن قرص القطب الكاثود المغلف أحادي الجانب LiNiCoMnO2 (NCM622)
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؟
تؤدي التعديلات مثل طلاءات فيتات الصوديوم إلى 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
تتضمن عملية تحضير قرص القطب الكهرومغناطيسي المغلف أحادي الجانب LiNi₀.₆Co₀₂₂₂₂O₂ (NCM622) سلسلة من الخطوات الدقيقة لضمان الأداء الكهروكيميائي الأمثل والسلامة الهيكلية. في البداية، يتم تصنيع المادة النشطة، مسحوق NCM622، من خلال طريقة الترسيب المشترك. في هذه العملية، يتم خلط محاليل النيكل والكوبالت وكبريتات المنجنيز بنسبة مولارية 60:20:20. ثم يضاف بعد ذلك هيدروكسيد الصوديوم المائي أو هيدروكسيد البوتاسيوم إلى المحلول لترسيب سلائف هيدروكسيد النيكل₀.₆Co₀₂₂₂(OH)₂₂. يتم ترشيح الراسب الناتج وغسله وتجفيفه عند درجات حرارة تتراوح من 80 درجة مئوية إلى 200 درجة مئوية لمدة 4 إلى 8 ساعات. وبعد ذلك، تخضع السليفة المجففة لمعالجة حرارية في فرن جوي عند درجة حرارة تتراوح بين 300 درجة مئوية و600 درجة مئوية لمدة تتراوح بين 8 و15 ساعة للحصول على شكل الأكسيد. ثم يتم خلط هذا الأكسيد مع أملاح الليثيوم، مثل كربونات الليثيوم، بنسبة مولارية من 1:1 إلى 1:1.15، إلى جانب إضافات التدفق مثل B₂O₃ أو LiCl لتسهيل تفاعل الحالة الصلبة. يتم تجانس الخليط تمامًا وإخضاعه لعملية تلبيد على خطوتين: أولاً عند درجة حرارة 700 درجة مئوية إلى 800 درجة مئوية في تيار هوائي لمدة 6 إلى 8 ساعات، يليها التلبيد عند درجة حرارة 850 درجة مئوية إلى 950 درجة مئوية في تيار أكسجين لمدة 8 إلى 15 ساعة. بعد التلبيد، يتم تبريد المنتج وسحقه وغربلته من خلال غربال 325 شبكة للحصول على المسحوق النهائي NCM622. يتم بعد ذلك خلط هذا المسحوق مع الكربون الموصل (Super P) ومادة رابطة مثل فلوريد البولي فينيل الدين (PVDF) بنسبة وزن 8:1:1 باستخدام N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) كمذيب لتشكيل ملاط متجانس. يتم طلاء الملاط على جانب واحد من مجمع تيار رقائق الألومنيوم باستخدام تقنيات مثل طلاء شفرة الطبيب. يتم تجفيف الرقاقة المغلفة عند درجة حرارة 70 درجة مئوية لمدة 3 ساعات لإزالة المذيب ثم يتم تقويمها لتعزيز كثافة القطب الكهربائي والالتصاق. وأخيراً، يتم ثقب ورقة القطب الكهربائي في أقراص قطرها 15 مم، والتي تستخدم ككاثودات في تجميع الخلايا المعدنية لبطاريات الليثيوم أيون.
