Описание диска LiNiCoMnO2 (NCM111) с односторонним покрытием катодного электрода
LiNiCoMnO2 (NCM) - слоистый оксидный катодный материал, характеризующийся кристаллографической структурой в пространственной группе *R-3m*, образующей гексагональную решетку, которая обеспечивает эффективную диффузию литий-ионов во время электрохимического цикла. Материал объединяет оксиды лития, никеля, кобальта и марганца, причем соотношение переходных металлов (например, Ni: Co: Mn = 1:1:1 в NCM111) напрямую влияет на его электрохимическое поведение. Варианты с более высоким содержанием никеля, такие как NCM811 (LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2), в первую очередь ориентированы на плотность энергии (~250 мАч/г), но сталкиваются с такими проблемами, как потеря кислорода при повышенных температурах и нестабильность решетки при циклировании. Слоистый каркас α-NaFeO2 обеспечивает доступные пути для миграции литий-ионов, однако механизмы структурной деградации, такие как фазовые переходы (например,O3→O1) и образование микротрещин из-за анизотропного изменения объема (деформация ~5 %), остаются критическими ограничениями.
Передовые модификации решают эти проблемы путем стабилизации атомной архитектуры материала. Поверхностные покрытия, такие как фитат натрия (PN), образуют защитные барьеры, которые смягчают разложение электролита и подавляют выделение кислорода при высоких напряжениях (до 4,6 В), значительно задерживая температуры начала термического разряда (от 125,9°C до 184,8°C). Стратегии высокоэнтропийного легирования - включение в кристаллическую решетку таких элементов, как титан, магний и ниобий, - повышают механическую прочность за счет снижения осевой деформации (<0,5%) и предотвращения распространения трещин, обеспечивая "нулевую деформацию", которая сохраняет структурную целостность при длительном циклировании (например, 95 % сохранения емкости после 500 циклов)5. Методы наноструктурирования, такие как нанолисты ореховой формы с открытыми активными гранями {010}, оптимизируют кинетику переноса ионов, снижая межфазное сопротивление и улучшая скоростные характеристики (например, 131,23 мАч/г при 10C).
Термическая стабильность дополнительно повышается за счет легирования двумя анионами (например, фтором и серой), которые укрепляют кислородные каркасы и подавляют потери кислорода, позволяя вариантам с высокой емкостью сохранять надежные термические свойства. Например, NCM, легированный высоким содержанием энтропии, демонстрирует температуру наступления тепловой вспышки, сравнимую с более низконикелевыми вариантами NCM, что является важным достижением для безопасности. Химическая стабильность материала объясняется синергетическим эффектом многочисленных легирующих добавок, которые задерживают дефекты кислорода и препятствуют вредным фазовым переходам, обеспечивая длительную электрохимическую стойкость даже при работе с высоким напряжением (4,6-4,9 В). Эти инновации в совокупности позиционируют NCM как химически настраиваемую платформу, балансирующую между плотностью энергии и структурной и термической устойчивостью для систем хранения энергии следующего поколения.
Применение LiNiCoMnO2 (NCM111) с односторонним покрытием катодного электрода
1. Электромобили (EV): NCM является основным катодным материалом для батарей электромобилей. Высоконикелевые варианты, такие как NCM811 (LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2), достигают повышенной термической стабильности и срока службы за счет модификации поверхности (например, покрытия фитатом натрия) и элементного легирования (например, Ti, Mg, Nb). Модифицированные катодные элементы NCM811 демонстрируют 45%-ное повышение температуры начала термического разряда (с 125,9°C до 184,8°C) и превосходное сохранение емкости после 700 циклов при напряжении 4,6 В. Переработанные материалы NCM111 демонстрируют исключительную долговечность, сохраняя 70 % емкости в течение 11 600 циклов в ячейках pouch емкостью 1 Ач, превосходя коммерческие аналоги.
2. Системы хранения энергии (ESS): Материалы на основе NCM, такие как марганцевые катоды с высоким содержанием лития (Li1.2Ni0.2Mn0.6O2), идеально подходят для систем хранения энергии в масштабе сети благодаря высокой емкости (>250 мАч/г) и низкой стоимости. Оптимизированная плотность уплотнения(≥3,0 г/см3) и стратегии усиления лития (например, покрытие LiYO2) повышают плотность энергии до 400 Вт-ч/кг, улучшая экономическую целесообразность интеграции возобновляемых источников энергии.
3. Высокомощные устройства: Наноструктурированные материалы NCM, такие как нанолисты в форме грецкого ореха с открытыми активными гранями {010}, улучшают кинетику диффузии литий-иона, обеспечивая 131,23 мАч/г при скорости разряда 10C. Это очень важно для электроинструментов, беспилотников и гибридных электромобилей. Синтез NCM111 с помощью сульфата аммония еще больше повышает скорость разряда за счет оптимизации структуры пор и минимизации смешивания катионов Li/Ni.
4. Потребительская электроника: Высоковольтные варианты NCM (до 4,9 В) с покрытием из оксида церия (CeO2) подавляют выделение кислорода и разложение электролита, продлевая срок службы батарей в смартфонах, ноутбуках и носимых устройствах. Модифицированный NCM поддерживает стабильную циклическую работу даже при напряжении 4,9 В, значительно улучшая сохранение емкости.
5. Переработка и вторичное использование аккумуляторов: Процессы переработки по замкнутому циклу восстанавливают NCM из отработанных батарей, часто превосходя по качеству первичные материалы. Переработанные ячейки NCM111 достигают более 11 600 циклов с 70% сохранением емкости, а модернизированные монокристаллические NCM111 из переработанного LiCoO₂ обеспечивают емкость 159 мАч/г (0,1С) и 82,1% сохранения после 200 циклов, что соответствует коммерческим стандартам.
6. Суперконденсаторы и гибридные системы: Гетероструктуры на основе НКМ (например, электроды NiCo-MOF@MnO2/AC) позволяют создавать асимметричные суперконденсаторы с высокой удельной емкостью (15,2 Ф/см2) и плотностью энергии (1,191 мВт-ч/см2), подходящие для быстрой доставки энергии в гибридных системах.
Упаковка дисков с односторонним покрытием катодного электрода LiNiCoMnO2 (NCM111)
Наша продукция упаковывается в индивидуальные картонные коробки различных размеров в зависимости от размеров материала. Небольшие изделия надежно упаковываются в полипропиленовые коробки, в то время как крупные изделия помещаются в деревянные ящики, изготовленные на заказ. Мы обеспечиваем строгое соблюдение требований к упаковке и использование соответствующих амортизирующих материалов для обеспечения оптимальной защиты при транспортировке.
Упаковка: Хранится в вакуумной коробке, вакуумной печи или перчаточном боксе, чтобы избежать порчи. Картонная коробка, деревянная коробка или по индивидуальному заказу.
Пожалуйста, ознакомьтесь с деталями упаковки, предоставленными для справки.
Процесс производства
1.Метод тестирования
(1)Анализ химического состава - проверяется с помощью таких методов, как GDMS или XRF, для обеспечения соответствия требованиям к чистоте.
(2)Испытания механических свойств - включают в себя испытания на прочность на разрыв, предел текучести и удлинение для оценки характеристик материала.
(3)Контроль размеров - измерение толщины, ширины и длины для обеспечения соблюдения установленных допусков.
(4)Проверка качества поверхности - проверка на наличие дефектов, таких как царапины, трещины или включения, с помощью визуального и ультразвукового контроля.
(5)Испытание на твердость - определение твердости материала для подтверждения однородности и механической надежности.
Подробная информация приведенав процедурах испытанийSAM .
Вопросы и ответы по диску катодного электрода с односторонним покрытием LiNiCoMnO2 (NCM111)
Q1. Почему в NCM используется высокое содержание никеля?
Варианты с высоким содержанием никеля (например, NCM811) повышают плотность энергии (~250 мАч/г), но сталкиваются с такими проблемами, как потеря кислорода при высоких напряжениях (>4,5 В) и структурная деградация. Такие инновации, как поверхностные покрытия (например, фитат натрия) и легирование (например, Ti, Mg), решают эти проблемы, повышая термическую стабильность и срок службы.
Q2. Как NCM повышает безопасность батарей?
Такие модификации, как покрытия из фитата натрия, задерживают температуру начала теплового выхода на 45% (125,9°C→184,8°C), а высокоэнтропийное легирование снижает деформацию решетки (<0,5%) для предотвращения трещин. Эти стратегии обеспечивают структурную целостность даже в экстремальных условиях.
Q3. Чем NCM отличается от катодов LFP или LCO?
NCM обладает более высокой плотностью энергии, чем фосфат лития-железа (LFP), но требует стабилизации для обеспечения безопасности. По сравнению с оксидом кобальта лития (LCO) он снижает потребление кобальта и затраты при сохранении производительности.
Сопутствующая информация
1.общие методы приготовления
Катодные материалы LiNiCoMnO2 (NCM) синтезируются с помощью таких методов, как твердофазная реакция, соосаждение и золь-гель, каждый из которых предназначен для достижения точного стехиометрического контроля и структурной однородности. Твердофазный метод предполагает механическое смешивание литиевых солей (например, LiOH или Li2CO3) с оксидами переходных металлов (NiO, Co3O4, MnO2), а затем высокотемпературное прокаливание (800-1000°C) в атмосфере, богатой кислородом. Несмотря на экономическую эффективность, этот метод часто дает неравномерную морфологию частиц и неполное смешивание катионов, что требует обработки после синтеза, такой как шаровой помол или вторичный отжиг для улучшения кристалличности.
Соосаждение, широко используемое для промышленного производства, позволяет получать однородные прекурсоры путем осаждения гидроксидов переходных металлов (NiCoMn(OH)2) из водных растворов нитратов/сульфатов металлов при контролируемом pH (10-12) и температуре (50-60°C). Затем прекурсор литифицируется и спекается для формирования слоистых структур NCM, что позволяет точно контролировать размер частиц (5-15 мкм) и распределение катионов. Продвинутые варианты, такие как соосаждение с помощью аммиака, минимизируют остаточное содержание щелочи (<0,1 мас. %) и повышают однородность состава.
Золь-гель синтез достигает гомогенности на атомном уровне путем хелатирования ионов металлов (Ni2+, Co2+, Mn2+) органическими лигандами (например, лимонной кислотой) с образованием полимерного геля, который распадается на наноструктурированные НКМ (например, нанолисты, пористые каркасы) при низкотемпературном прокаливании (600-800°C). Постсинтетические модификации, включая атомно-слоевое осаждение (ALD) Al2O3 или мокрое химическое покрытие фитатом натрия (PN), стабилизируют поверхность материала против разложения электролита и выделения кислорода.
Новые методы, такие как синтез расплавленной соли и распылительный пиролиз, позволяют получать монокристаллические частицы NCM с минимизированными границами зерен, что эффективно снижает образование микротрещин при циклировании. Стратегии высокоэнтропийного легирования - включение таких элементов, как Ti, Mg и Nb, в процессе синтеза прекурсоров - усиливают стабильность решетки и вызывают поведение "нулевой деформации" (осевая деформация <0,5%), значительно повышая механическую прочность. Эти подходы в совокупности обеспечивают баланс между масштабируемостью, стоимостью и производительностью, позволяя НКМ отвечать требованиям приложений с высокой плотностью энергии и одновременно решать проблемы термической и структурной стабильности.
