الهدف LM6751 LiNiCoMnO2، هدف أكسيد الليثيوم والنيكل والكوبالت والمنغنيز (NCM)

LiNiCoMnO2 وصف الهدف

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. يدمج تركيبها أكاسيد الليثيوم والنيكل والكوبالت والمنغنيز، مع النسب النسبية للمعادن الانتقالية (النيكل، والكوبالت، والمنغنيز) التي تؤثر بشكل مباشر على سلوكها الكهروكيميائي والهيكلي. ويعطي المحتوى العالي من النيكل، كما رأينا في متغيرات مثل NCM811 (LiNi0.8Co0.1Co0.1Mn0.1O2)، الأولوية لكثافة الطاقة من خلال زيادة السعة المحددة (حوالي 172 مللي أمبير/غرام عند 0.5 درجة مئوية)، ولكنه يطرح تحديات مثل فقدان الأكسجين في درجات الحرارة المرتفعة وعدم استقرار الشبكة أثناء دورات الشحن/التفريغ المتكررة. 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 الدقيقة بسبب التغيرات في الحجم المتباين الخواص (~5% من الإجهاد) - لا تزال تشكل قيودًا حرجة.

لمعالجة هذه المشكلات، تركز التعديلات المتقدمة على تثبيت البنية الذرية للمادة. وتشكل الطلاءات السطحية، مثل فيتات الصوديوم (PN)، حاجزًا وقائيًا يخفف من تحلل الإلكتروليت ويمنع 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). وفي الوقت نفسه، تعمل استراتيجيات التخدير عالية الاستقطاب - بدمج عناصر مثل التيتانيوم والمغنيسيوم والنيوبيوم في الشبكة البلورية - على تعزيز المرونة الميكانيكية عن طريق تقليل الإجهاد المحوري (<0.5%) ومنع انتشار التشقق. ويحافظ هذا السلوك "صفري الإجهاد" على السلامة الهيكلية على مدى فترة طويلة من التدوير، مما يحقق معدلات احتفاظ بالقدرة تتجاوز 95% بعد 500 دورة. وعلاوة على ذلك، تعمل تقنيات الهيكلة النانوية على تحسين حركية نقل الأيونات من خلال تعريض الأوجه النشطة كهروكيميائيًا (على سبيل المثال، مستويات {010} في الصفائح النانوية)، وخفض المقاومة البينية، وتحسين أداء المعدل.

وعلى الرغم من المفاضلات المتأصلة بين محتوى النيكل والثبات، فإن الابتكارات في الهندسة على النطاق الذري، مثل التطعيم ثنائي الأنيون (على سبيل المثال، الفلور والكبريت) لتعزيز أطر الأكسجين، تُظهر إمكانية فصل كثافة الطاقة عن التدهور، مما يتيح لمتغيرات NCM عالية السعة الحفاظ على خصائص حرارية وميكانيكية قوية. تؤكد هذه التطورات على دورها كمنصة قابلة للضبط كيميائيًا لتحقيق التوازن بين كفاءة تخزين الطاقة والمتانة التشغيلية طويلة الأجل.

تطبيقات LiNiCoMnO2 المستهدفة

1. السيارات الكهربائية (EVs): تُستخدم بطاريات الليثيوم أيون القائمة على NCM على نطاق واسع في السيارات الكهربائية بسبب قدرتها النوعية العالية (حوالي 250 مللي أمبير/غرام) وكثافة الطاقة (> 400 واط/كجم)، مما يعزز بشكل مباشر نطاق القيادة ومخرجات الطاقة. وتوازن المتغيرات عالية النيكل (على سبيل المثال، NCM811) بين كثافة الطاقة والاستقرار الحراري من خلال التعديلات السطحية مثل طلاءات فيتات الصوديوم (PN)، التي تمنع إطلاق الأكسجين وتؤخر درجات حرارة بداية الهروب الحراري بنسبة 45% (من 125.9 درجة مئوية إلى 184.8 درجة مئوية). تعمل إستراتيجيات التطعيم المتقدمة، مثل التطعيم المشترك عالي الاستقطاب (مثل Ti وMg وNb وMo) على زيادة استقرار الشبكة، مما يحقق سلوك "عدم الإجهاد" (إجهاد محوري أقل من 0.5%) والاحتفاظ بقدرة 95% بعد 500 دورة، مما يجعلها مثالية لبطاريات السيارات الكهربائية طويلة الأمد.

2. أنظمة تخزين الطاقة (ESS): تُعد مواد NCM ضرورية لتخزين الطاقة على نطاق الشبكة وتخزين الطاقة المتجددة بسبب جهدها العالي (> 4.5 فولت) وتوافقها مع التركيبات الغنية بالمنغنيز منخفضة التكلفة. على سبيل المثال، توفر كاثودات الليثيوم الخالية من الكوبالت والقائمة على المنجنيز الغني بالليثيوم (Li1.2Ni0.2Ni0.2Mn0.6O2) قدرات تتجاوز 250 مللي أمبير/غرام وكثافة طاقة تبلغ 400 واط/كجم، مما يعالج عدم التوافق بين إمدادات الطاقة والطلب عليها في أنظمة الطاقة الشمسية/طاقة الرياح. تعمل الطلاءات السطحية مثل LiYO2 على تحسين السلامة الهيكلية وتقليل المقاومة البينية، مما يتيح ركوب الدراجات المستقرة في تطبيقات نظم الطاقة الشمسية/الهوائية على نطاق واسع.

3. الأجهزة عالية الطاقة: تعمل المواد النانوية ذات البنية النانوية، مثل الصفائح النانوية على شكل الجوز ذات الأوجه النشطة {010} المكشوفة، على تعزيز حركية انتشار أيونات الليثيوم. تُظهر هذه المواد أداءً ممتازًا في المعدل (131.23 مللي أمبير/غرام عند 10 درجات مئوية) وهي مناسبة للتطبيقات عالية الطاقة مثل الأدوات الكهربائية والمركبات الكهربائية الهجينة.

4. الإلكترونيات الاستهلاكية: تتيح متغيرات NCM ذات الجهد العالي (التي تعمل حتى 4.9 فولت) بطاريات مدمجة وعالية الكثافة في الطاقة للهواتف الذكية وأجهزة الكمبيوتر المحمولة والأجهزة القابلة للارتداء. تعمل بطاريات NCM811 المعدلة مع طلاءات أكسيد السيريوم (CeO2) على تخفيف إطلاق الأكسجين في الشوارد، مما يقلل من تلاشي السعة ويطيل عمر الجهاز.

5. المكثفات الفائقة: بينما تُستخدم في المقام الأول في البطاريات، يتم استكشاف البنى المتغايرة المستوحاة من NCM مثل أقطاب NiCo-MOF@MnO2/AC للمكثفات الفائقة غير المتماثلة. وتحقق هذه الأنظمة سعة محددة عالية (15.2 فولت/سم2) وكثافة طاقة عالية (1.191 ميجاوات/سم2)، مما يسد الفجوة بين المكثفات التقليدية والبطاريات من أجل توصيل الطاقة بسرعة في الأنظمة الهجينة.

التعبئة والتغليف المستهدف LiNiCoMnO2

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. 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 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 اختبار SAM للحصول على معلومات مفصلة.

الأسئلة المتداولة حول هدف LiNiCoMnO2

Q1. ما هي المزايا الرئيسية لـ NCM؟

يوفر NCM كثافة طاقة عالية (> 400 واط/كجم) وخصائص كهروكيميائية قابلة للضبط. يدعم هيكلها الطبقي النقل السريع لأيونات الليثيوم، في حين أن التعديلات المتقدمة، مثل طلاءات فيتات الصوديوم أو المنشطات عالية الاستقطاب تعزز الاستقرار الحراري (على سبيل المثال، تأخير الهروب الحراري من 125.9 درجة مئوية إلى 184.8 درجة مئوية) والمرونة الميكانيكية (الاحتفاظ بالقدرة بنسبة 95% بعد 500 دورة).

Q2. أين يتم استخدام NCM في المقام الأول؟

تهيمن بطاريات NCM على بطاريات السيارات الكهربائية (EV) بسبب سعتها العالية (حوالي 250 مللي أمبير/غرام) ونطاق قيادتها. كما أنها تعمل على تشغيل أنظمة تخزين الطاقة (ESS) لشبكات الطاقة المتجددة والأجهزة عالية الطاقة (مثل الأدوات الكهربائية) والإلكترونيات الاستهلاكية (مثل الهواتف الذكية).

Q3. كيف يمكن مقارنة NCM بمواد الكاثود الأخرى؟

على عكس فوسفات حديد الليثيوم (LFP)، توفر مادة NCM كثافة طاقة أعلى ولكنها تتطلب استقرارًا للسلامة الحرارية. وبالمقارنة مع أكسيد الكوبالت الليثيوم (LCO)، فإنه يقلل من الاعتماد على الكوبالت والتكاليف مع الحفاظ على الأداء.

معلومات ذات صلة

1- طرق التحضير الشائعة

تبدأ عملية تحضير رقائق الألومنيوم المغلفة من جانبين LiFePO4 بخلط مسحوق فوسفات حديد الليثيوم والمواد المضافة الموصلة مثل أسود الكربون ومادة رابطة من البوليمر مثل فلوريد البولي فينيل الدين (PVDF) المذاب في مذيب مثل N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) لتشكيل ملاط موحد. يتم بعد ذلك طلاء هذا الملاط بالتساوي على جانبي رقائق الألومنيوم عالية النقاء باستخدام تقنيات دقيقة مثل الطلاء بالفتحة القالبية أو الطلاء من لفة إلى لفة. وبعد الطلاء، يخضع الرقاقة للتجفيف لإزالة المذيب وتصلب طبقات المادة الفعالة. يتم بعد ذلك تقويم الرقاقة المجففة لتعزيز كثافتها وقوتها الميكانيكية وأدائها الكهروكيميائي. وأخيرًا، يتم شق الرقاقة المغلفة أو ثقبها إلى الأحجام المرغوبة لاستخدامها في تجميع خلايا بطارية الليثيوم أيون أو البحث أو الإنتاج. وفي جميع مراحل العملية، تضمن الرقابة الصارمة على الجودة توحيد الطلاء والالتصاق واتساق المواد.