AC6757 LiNiCoMnO2 (NCM523) foglio di alluminio rivestito su due lati

Descrizione del foglio di alluminio rivestito su due lati LiNiCoMnO2 (NCM523)

Il foglio di alluminio rivestito su due lati LiNiCoMnO2 (NCM523) è un substrato elettrodico composito ad alte prestazioni progettato per le batterie agli ioni di litio, che integra uno strato catodico uniforme NCM523 (LiNi0,5Co0,5Mn0,5O2) su entrambi i lati di un nucleo di foglio di alluminio. Il substrato di alluminio, spesso in genere 10-20 μm, funge da collettore di corrente altamente conduttivo con bassa resistività elettrica (~2,65×10^-8 Ω-m) e robuste proprietà meccaniche, tra cui una resistenza alla trazione superiore a 150 MPa, che garantisce l'integrità strutturale durante la calandratura degli elettrodi e l'assemblaggio delle celle. Ogni strato di rivestimento NCM523, con uno spessore che varia da 50 a 120 μm, è composto da un ossido bilanciato di metalli di transizione (Ni:Co:Mn = 5:2:3) che cristallizza in una struttura stratificata α-NaFeO2 (gruppo spaziale *R-3m*). Questa configurazione a strati facilita un'efficiente intercalazione e deintercalazione degli ioni di litio, fornendo una capacità specifica reversibile di ~160-180 mAh/g a velocità di 0,1C e mantenendo una moderata deformazione reticolare (~2-3%) durante il ciclo, che riduce al minimo la degradazione strutturale.

Il processo di rivestimento a doppio lato impiega tecniche di precisione come il rivestimento a fessura o la raclatura, seguite dalla calandratura a pressione controllata (5-10 MPa) per ottenere un'elevata densità di elettrodi (≥3,4 g/cm3) e una distribuzione uniforme del materiale attivo. Questo design simmetrico raddoppia la superficie attiva rispetto alle configurazioni a singolo lato, migliorando significativamente la densità di energia e l'uniformità di distribuzione della corrente. Gli strati NCM523 sono formulati con additivi conduttivi (ad esempio, 3-5 wt% di nerofumo) e leganti PVDF per ottimizzare la percolazione elettronica e l'adesione interfacciale, riducendo la resistenza al trasferimento di carica e consentendo prestazioni ad alta velocità (ad esempio, ~140 mAh/g a 2C).

La stabilità termica è un tratto distintivo dell'NCM523, con temperature di insorgenza del rilascio di ossigeno superiori a 220°C in condizioni di inerzia, attribuite al ruolo stabilizzante del manganese nel sopprimere l'evoluzione dell'ossigeno. Le modifiche superficiali, come i rivestimenti ultrasottili di Al2O3 tramite deposizione atomica (ALD) o i droganti in tracce (ad esempio, Mg, Ti), migliorano ulteriormente la stabilità interfacciale, attenuando le reazioni parassite e riducendo la decomposizione dell'elettrolita ad alte tensioni (fino a 4,4 V). Il rapporto bilanciato dei metalli di transizione minimizza inoltre la miscelazione dei cationi Li/Ni (<4%) e attenua le transizioni di fase, contribuendo alla stabilità dei cicli a lungo termine (>90% di mantenimento della capacità dopo 500 cicli a 1C). Protocolli di produzione avanzati, tra cui il controllo dello spessore al laser e l'attivazione della superficie al plasma, assicurano l'uniformità del rivestimento (tolleranza di spessore ±1,5 μm) e una porosità ottimale per l'infiltrazione dell'elettrolita.

L'architettura a doppio lato, pur aumentando la densità di energia, introduce sfide come la gestione delle sollecitazioni meccaniche durante la piegatura o l'impilamento degli elettrodi. Tuttavia, la flessibilità intrinseca del substrato di alluminio e la resistenza alla corrosione attenuano i rischi di delaminazione, anche in caso di cicli elettrochimici prolungati. Questo design si allinea anche con processi di produzione e riciclaggio scalabili, in cui l'alluminio e l'NCM523 possono essere separati e rigenerati in modo efficiente. Armonizzando l'efficienza elettrochimica, la resistenza meccanica e la sicurezza termica, il foglio di alluminio a doppio rivestimento NCM523 rappresenta una piattaforma robusta e versatile per i sistemi avanzati di accumulo di energia.

Applicazioni del foglio di alluminio con doppio rivestimento LiNiCoMnO2 (NCM523)

1. Veicoli elettrici (EV): NCM523 è un rappresentante dei materiali ternari di nichel medio-alto per le batterie dei veicoli elettrici. La sua densità energetica (~160-180 mAh/g) e la stabilità termica (temperatura di rilascio dell'ossigeno >220°C) garantiscono la sicurezza e soddisfano i requisiti di autonomia. Grazie alla modifica della superficie (ad esempio, rivestimento in fitato di sodio) e al drogaggio degli elementi (ad esempio, Ti, Mg), è possibile aumentare ulteriormente la temperatura di innesco del runaway termico (da 125,9°C a 184,8°C) e raggiungere un tasso di mantenimento della capacità del 95% (500 cicli). Inoltre, il materiale NCM523 riciclato mantiene le sue eccellenti prestazioni dopo il riciclaggio, ad esempio le celle NCM523 riciclate con un pacco morbido hanno un tasso di ritenzione della capacità del 92% dopo 1000 cicli. Ad esempio, il tasso di ritenzione della capacità della batteria NCM523 riciclata con pacco morbido raggiunge il 92,7% dopo 1000 cicli.

2. Sistema di accumulo di energia (ESS): L'NCM523 eccelle nell'accumulo di energia in rete e nell'integrazione delle energie rinnovabili. Con una densità di compattazione ottimizzata(≥3,0 g/cm3) e l'introduzione di strategie di arricchimento del litio (ad esempio, il rivestimento LiYO2), la sua densità energetica può raggiungere i 300-350 Wh/kg per scenari di carica e scarica a lungo termine. Il processo di rigenerazione (ad esempio, lisciviazione acida-co-precipitazione) riduce ulteriormente il costo e migliora l'economia, e la capacità di scarica del materiale riciclato raggiunge 168,5 mAh /g (0,1C).

3. Elettronica di consumo: L'NCM523 ad alta tensione (tensione di taglio 4,5-4,9 V) prolunga in modo significativo la durata delle batterie di smartphone, computer portatili e altri dispositivi inibendo il rilascio di ossigeno e la decomposizione dell'elettrolita attraverso un rivestimento superficiale (ad esempio, ossido di cerio). Il materiale modificato ha un tasso di conservazione della capacità superiore all'80% dopo 200 cicli a 4,9 V.

4. Riciclaggio e aggiornamento delle batterie: I rifiuti di NCM523 possono essere rigenerati attraverso una serie di processi efficienti. Ad esempio, il metodo di macinazione a sfere-spruzzatura rigenera materiali con una capacità di scarica di 159 mAh/g a 0,1C e un tasso di ritenzione della capacità del 91,55% dopo 100 cicli. La tecnologia di ripristino con sali fusi riporta il materiale alle sue prestazioni iniziali (161,2 mAh/g a 0,1C) reintegrando il litio con sali co-fusi a bassa temperatura. Questi metodi non solo sono rispettosi dell'ambiente, ma hanno anche una redditività circa 10 volte superiore al riciclaggio tradizionale.

5. Dispositivi ad alta potenza e sistemi ibridi: Gli NCM523 nanostrutturati (ad esempio, i nanosheet a forma di noce) ottimizzano il percorso di diffusione degli ioni di litio e forniscono una capacità di 131,23 mAh/g con moltiplicazione a 10C, adatta a scenari ad alta potenza come utensili elettrici, droni e così via. Inoltre, le eterostrutture derivate da NCM (ad esempio, elettrodi NiCo-MOF@MnO2/AC) sono utilizzate in supercondensatori asimmetrici con un'elevata capacità specifica (15,2 F /cm2) e densità di energia (1,191 mWh/cm2), adatti per sistemi ibridi di accumulo di energia.

6. Applicazioni industriali e ad alta temperatura: La resistenza alle alte temperature dell'NCM523 (temperatura di rilascio dell'ossigeno >220°C) lo rende adatto ai macchinari industriali e ai sistemi di alimentazione di riserva. Grazie alla modifica interfacciale dell'alluminato di litio, la densità compattata del materiale è aumentata a 3,3 g/cm3, mantenendo la stabilità dei cicli alle alte temperature.

Imballaggio del foglio di alluminio con doppio rivestimento LiNiCoMnO2 (NCM523)

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: Cartone, cassa 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 .

FAQ sul foglio di alluminio con doppio rivestimento LiNiCoMnO2 (NCM523)

Q1. Perché l'NCM è preferito per le applicazioni ad alta energia?

L'NCM offre un'elevata densità energetica (>400 Wh/kg) e proprietà elettrochimiche personalizzabili. Ad esempio, NCM811 offre una capacità di ~250 mAh/g, ideale per i veicoli elettrici (EV). Modifiche avanzate, come i rivestimenti in fitato di sodio, migliorano la stabilità termica, ritardando il runaway termico del 45% (da 125,9°C a 184,8°C).

Q2. Quali sono le sfide dell'NCM ad alto contenuto di nichel?

L'elevato contenuto di nichel (ad esempio, NCM811) aumenta la densità di energia, ma comporta il rischio di perdita di ossigeno ad alte tensioni (>4,5 V), causando transizioni di fase e microfratture. Le soluzioni includono il drogaggio ad alta entropia (Ti, Mg, Nb) per ridurre la deformazione (<0,5%) e i rivestimenti per sopprimere il rilascio di ossigeno.

Q3. Quali sono i progressi futuri previsti?

Progetti senza cobalto: Utilizzo di Al o terre rare per ridurre i costi.

Tensione ultraelevata: Funzionamento stabile fino a 4,9 V con elettroliti avanzati.

Sistemi ibridi: Supercondensatori basati su NCM per una rapida erogazione di energia.

Informazioni correlate

1.Metodi di preparazione comuni

La fabbricazione di fogli di alluminio rivestiti su due lati con LiNiCoMnO2 (NCM523) comporta un processo a più fasi che integra la sintesi del materiale catodico, la preparazione dell'impasto e le tecniche di rivestimento di precisione. La polvere del catodo NCM523 (LiNi0,5Co0,2Mn0.3O2) è tipicamente sintetizzata tramite co-precipitazione, dove soluzioni acquose di solfato di nichel (NiSO4-6H2O), solfato di cobalto (CoSO4-7H2O) e solfato di manganese (MnSO4-H2O) sono miscelate in un rapporto molare 5:2:3 in condizioni di pH (10-12) e temperatura (50-60°C) controllati per far precipitare un precursore di idrossido (Ni0,5Co0,2Mn0,3(OH)2). Questo precursore viene poi miscelato con idrossido di litio (LiOH-H2O) in un rapporto molare litio-metallo di transizione di 1,05:1 e calcinato a 900-950°C per 12-15 ore sotto flusso di ossigeno per formare la struttura di ossido stratificato.

Per la fabbricazione dell'elettrodo, la polvere NCM523 viene combinata con additivi di carbonio conduttivo (ad esempio, 3-5 wt% di Super P) e un legante di fluoruro di polivinilidene (PVDF) disciolto in N-metil-2-pirrolidone (NMP) per formare un impasto omogeneo. L'impasto viene spalmato uniformemente su entrambi i lati di fogli di alluminio pretrattati (spessore 10-20 μm) utilizzando tecniche di rivestimento a fessura o a racla, garantendo un controllo preciso dello spessore del rivestimento (50-120 μm per lato). Il foglio rivestito viene essiccato a 80-120°C per rimuovere i solventi, seguito da una calandratura a 5-10 MPa di pressione per aumentare la densità dell'elettrodo (≥3,4 g/cm³) e l'adesione. Le innovazioni chiave includono il trattamento al plasma o l'incisione chimica della superficie dell'alluminio per migliorare la bagnabilità dell'impasto e il legame interfacciale, nonché la ricottura termica post-rivestimento (200-300°C) per ridurre lo stress residuo e stabilizzare lo strato catodico.

Metodi avanzati come il drogaggio ad alta entropia (ad esempio, Ti, Mg, Nb) durante la sintesi dei precursori migliorano la stabilità del reticolo, mentre la deposizione atomica su strato (ALD) di Al2O3 o i rivestimenti chimici a umido (ad esempio, fitati di sodio) vengono applicati per sopprimere il rilascio di ossigeno e la decomposizione dell'elettrolita. La garanzia di qualità comprende il monitoraggio dello spessore al laser (tolleranza di ±1,5 μm) e i test di resistenza alla perforazione (>2,0 N/cm) per garantire l'uniformità e la durata meccanica. Questo processo bilancia scalabilità e prestazioni, consentendo la produzione di massa di elettrodi ad alta densità energetica per applicazioni che richiedono una robusta stabilità elettrochimica e termica.