Disco elettrodo catodico rivestito su un solo lato LiNiCoMnO2 (NCM111) Descrizione
LiNiCoMnO2 (NCM) è un materiale catodico di ossido stratificato caratterizzato da una struttura cristallografica nel gruppo spaziale *R-3m*, che forma un reticolo esagonale che consente un'efficiente diffusione degli ioni di litio durante i cicli elettrochimici. Il materiale integra ossidi di litio, nichel, cobalto e manganese, con i rapporti dei metalli di transizione (ad esempio, Ni: Co: Mn = 1:1:1 in NCM111) che influenzano direttamente il suo comportamento elettrochimico. Le varianti a più alto contenuto di nichel, come NCM811 (LiNi0,8Co0,1Mn0,1O2), privilegiano la densità energetica (~250 mAh/g), ma devono affrontare problemi come la perdita di ossigeno a temperature elevate e l'instabilità reticolare durante i cicli. La struttura stratificata α-NaFeO2 fornisce percorsi accessibili per la migrazione degli ioni di litio, anche se i meccanismi di degradazione strutturale - come le transizioni di fase (ad esempio,O3→O1) e la formazione di microcricche a causa di variazioni anisotrope del volume (~5% di deformazione) - rimangono limitazioni critiche.
Le modifiche avanzate affrontano questi problemi stabilizzando l'architettura atomica del materiale. I rivestimenti superficiali, come il fitato di sodio (PN), formano barriere protettive che attenuano la decomposizione dell'elettrolita e sopprimono il rilascio di ossigeno ad alte tensioni (fino a 4,6 V), ritardando in modo significativo le temperature di insorgenza della fuga termica (da 125,9°C a 184,8°C). Le strategie di drogaggio ad alta entropia - che incorporano elementi come il titanio, il magnesio e il niobio nel reticolo cristallino - aumentano la resilienza meccanica riducendo la deformazione assiale (<0,5%) e prevenendo la propagazione delle cricche, ottenendo un comportamento "zero-strain" che preserva l'integrità strutturale per cicli prolungati (ad es, 95% di mantenimento della capacità dopo 500 cicli)5. Le tecniche di nanostrutturazione, come i nanosheet a forma di noce con sfaccettature attive esposte {010}, ottimizzano la cinetica di trasporto degli ioni, riducendo la resistenza interfacciale e migliorando le prestazioni di velocità (ad esempio, 131,23 mAh/g a 10C).
La stabilità termica è ulteriormente migliorata grazie al drogaggio di due anioni (ad esempio, fluoro e zolfo), che rafforza le strutture di ossigeno e sopprime la perdita di ossigeno, consentendo alle varianti ad alta capacità di mantenere solide proprietà termiche. Ad esempio, l'NCM drogato ad alta entropia presenta temperature di insorgenza del runaway termico paragonabili a quelle delle varianti di NCM a basso tenore di nichel, un progresso fondamentale per la sicurezza. Dal punto di vista chimico, la stabilità del materiale è attribuita agli effetti sinergici di più droganti, che intrappolano i difetti dell'ossigeno e inibiscono le transizioni di fase dannose, assicurando una durata elettrochimica a lungo termine anche in condizioni di funzionamento ad alta tensione (4,6-4,9 V). Queste innovazioni posizionano collettivamente l'NCM come una piattaforma chimicamente sintonizzabile, in grado di bilanciare la densità energetica con la resistenza strutturale e termica per i sistemi di accumulo di energia di prossima generazione.
LiNiCoMnO2 (NCM111) Disco elettrodo catodico rivestito su un solo lato Applicazioni
1. Veicoli elettrici (EV): L'NCM è un materiale catodico fondamentale per le batterie dei veicoli elettrici. Varianti ad alto contenuto di nichel come NCM811 (LiNi0,8Co0,1Mn0,1O2) raggiungono una maggiore stabilità termica e una maggiore durata dei cicli grazie a modifiche della superficie (ad esempio, rivestimenti di fitato di sodio) e al drogaggio di elementi (ad esempio, Ti, Mg, Nb). Le celle pouch NCM811 modificate mostrano un aumento del 45% della temperatura di insorgenza del runaway termico (da 125,9°C a 184,8°C) e un mantenimento superiore della capacità dopo 700 cicli a 4,6V. I materiali riciclati NCM111 dimostrano un'eccezionale longevità, con un mantenimento della capacità del 70% dopo 11.600 cicli in celle pouch da 1 Ah, superando le controparti commerciali.
2. Sistemi di accumulo di energia (ESS): I materiali a base di NCM, come i catodi di manganese ricchi di litio (Li1.2Ni0.2Mn0.6O2), sono ideali per l'accumulo di energia su scala di rete grazie alla loro elevata capacità (>250 mAh/g) e al basso costo. L'ottimizzazione della densità di compattazione(≥3,0 g/cm3) e le strategie di potenziamento del litio (ad esempio, i rivestimenti LiYO2) aumentano la densità energetica a 400 Wh/kg, migliorando la fattibilità economica dell'integrazione delle energie rinnovabili.
3. Dispositivi ad alta potenza: I materiali NCM nanostrutturati, come i nano fogli a forma di noce con sfaccettature attive esposte {010}, migliorano la cinetica di diffusione degli ioni di litio, fornendo 131,23 mAh/g a velocità di scarica di 10C. Si tratta di elementi fondamentali per utensili elettrici, droni e veicoli elettrici ibridi. La sintesi di NCM111 assistita da solfato di ammonio migliora ulteriormente la capacità di velocità ottimizzando le strutture dei pori e minimizzando la miscelazione dei cationi Li/Ni.
4. Elettronica di consumo: Varianti di NCM ad alta tensione (fino a 4,9 V di taglio) con rivestimenti di ossido di cerio (CeO2) sopprimono il rilascio di ossigeno e la decomposizione dell'elettrolita, prolungando la durata della batteria in smartphone, computer portatili e oggetti da indossare. L'NCM modificato mantiene un ciclo stabile anche a 4,9 V, migliorando significativamente la conservazione della capacità.
5. Riciclaggio e recupero delle batterie: I processi di riciclaggio a ciclo chiuso rigenerano l'NCM dalle batterie esauste, spesso superando i materiali vergini. Le celle a sacchetto NCM111 riciclate raggiungono oltre 11.600 cicli con una ritenzione della capacità del 70%, mentre l'NCM111 a cristallo singolo aggiornato da LiCoO₂ riciclato offre 159 mAh/g (0,1C) e una ritenzione dell'82,1% dopo 200 cicli, compatibile con gli standard commerciali.
6. Supercondensatori e sistemi ibridi: Le eterostrutture derivate da NCM (ad esempio, elettrodi NiCo-MOF@MnO2/AC) consentono di realizzare supercondensatori asimmetrici con elevata capacità specifica (15,2 F/cm2) e densità energetica (1,191 mWh/cm2), adatti a fornire rapidamente energia nei sistemi ibridi.
Imballaggio del disco catodico rivestito su un solo lato di LiNiCoMnO2 (NCM111)
I nostri prodotti sono confezionati in cartoni personalizzati di varie dimensioni in base alle dimensioni del materiale. I piccoli articoli sono imballati in modo sicuro in scatole di PP, mentre gli articoli più grandi sono collocati in casse di legno personalizzate. Garantiamo il rispetto rigoroso della personalizzazione dell'imballaggio e l'uso di materiali di imbottitura appropriati per fornire una protezione ottimale durante il trasporto.
Imballaggio: Conservato in una scatola sottovuoto, in un forno sottovuoto o in una scatola a guanti per evitare la degradazione. Cartone, scatola di legno o personalizzato.
Si prega di esaminare i dettagli dell'imballaggio forniti come riferimento.
Processo di produzione
1.Metodo di test
(1)Analisi della composizione chimica - verificata con tecniche quali GDMS o XRF per garantire la conformità ai requisiti di purezza.
(2)Test delle proprietà meccaniche - Include test di resistenza alla trazione, allo snervamento e all'allungamento per valutare le prestazioni del materiale.
(3)Ispezione dimensionale - Misura lo spessore, la larghezza e la lunghezza per garantire la conformità alle tolleranze specificate.
(4)Ispezione della qualità della superficie - Verifica la presenza di difetti quali graffi, crepe o inclusioni mediante esame visivo e a ultrasuoni.
(5)Prova di durezza - Determina la durezza del materiale per confermare l'uniformità e l'affidabilità meccanica.
Per informazioni dettagliate,consultare le procedure di provaSAM .
Domande frequenti sui dischi catodici rivestiti su un solo lato di LiNiCoMnO2 (NCM111)
Q1. Perché si usa un alto contenuto di nichel negli NCM?
Le varianti ad alto contenuto di nichel (ad esempio, NCM811) aumentano la densità di energia (~250 mAh/g), ma devono affrontare problemi come la perdita di ossigeno ad alte tensioni (>4,5 V) e il degrado strutturale. Innovazioni come i rivestimenti superficiali (ad esempio, fitati di sodio) e il drogaggio (ad esempio, Ti, Mg) mitigano questi problemi, migliorando la stabilità termica e la durata del ciclo.
Q2. In che modo l'NCM migliora la sicurezza delle batterie?
Modifiche come i rivestimenti di fitato di sodio ritardano del 45% le temperature di insorgenza del runaway termico (125,9°C→184,8°C), mentre il drogaggio ad alta entropia riduce la deformazione del reticolo (<0,5%) per prevenire le cricche. Queste strategie garantiscono l'integrità strutturale anche in condizioni estreme.
Q3. Come si colloca l'NCM rispetto ai catodi LFP o LCO?
L'NCM offre una densità energetica maggiore rispetto al litio ferro fosfato (LFP), ma richiede una stabilizzazione per la sicurezza. Rispetto all'ossido di litio e cobalto (LCO), riduce la dipendenza dal cobalto e i costi, mantenendo le prestazioni.
Informazioni correlate
1.Metodi di preparazione comuni
I materiali per catodi LiNiCoMnO2 (NCM) sono sintetizzati attraverso tecniche come la reazione allo stato solido, la co-precipitazione e i metodi sol-gel, ognuno dei quali è stato studiato per ottenere un preciso controllo stechiometrico e l'omogeneità strutturale. La via dello stato solido prevede la miscelazione meccanica di sali di litio (ad esempio, LiOH o Li2CO3) con ossidi di metalli di transizione (NiO, Co3O4, MnO2), seguita da una calcinazione ad alta temperatura (800-1000°C) in atmosfere ricche di ossigeno. Pur essendo economicamente vantaggioso, questo metodo produce spesso morfologie irregolari delle particelle e una miscelazione incompleta dei cationi, rendendo necessari trattamenti successivi alla sintesi come la macinazione a sfere o la ricottura secondaria per affinare la cristallinità.
La co-precipitazione, ampiamente utilizzata per la produzione su scala industriale, genera precursori uniformi facendo precipitare idrossidi di metalli di transizione (NiCoMn(OH)2) da soluzioni acquose di nitrato/solfato di metallo a pH (10-12) e temperatura (50-60°C) controllati. Il precursore viene poi litizzato e sinterizzato per formare strutture NCM stratificate, consentendo un controllo preciso sulle dimensioni delle particelle (5-15 μm) e sulla distribuzione dei cationi. Varianti avanzate, come la co-precipitazione assistita da ammoniaca, riducono al minimo il contenuto residuo di alcali (<0,1 wt%) e migliorano l'uniformità della composizione.
La sintesi sol-gel raggiunge un'omogeneità a livello atomico chelando ioni metallici (Ni2+, Co2+, Mn2+) con ligandi organici (ad esempio, acido citrico) per formare un gel polimerico, che si decompone in NCM nanostrutturati (ad esempio, nanostrati, strutture porose) durante la calcinazione a bassa temperatura (600-800°C). Le modifiche successive alla sintesi, tra cui la deposizione atomica (ALD) di Al2O3 o il rivestimento chimico a umido di fitato di sodio (PN), stabilizzano la superficie del materiale contro la decomposizione elettrolitica e il rilascio di ossigeno.
Metodi emergenti come la sintesi del sale fuso e la pirolisi a spruzzo producono particelle di NCM monocristalline con confini dei grani ridotti al minimo, attenuando efficacemente la formazione di microcricche durante i cicli. Le strategie di drogaggio ad alta entropia - che incorporano elementi come Ti, Mg e Nb durante la sintesi dei precursori - rafforzano la stabilità del reticolo e inducono un comportamento a "deformazione zero" (deformazione assiale <0,5%), migliorando significativamente la resilienza meccanica. Questi approcci bilanciano complessivamente scalabilità, costi e prestazioni, consentendo all'NCM di soddisfare le esigenze delle applicazioni ad alta densità energetica e di affrontare le sfide della stabilità termica e strutturale.
