في عصر النمو السريع لمركبات الطاقة الجديدة وتقنيات تخزين الطاقة، تُعدّ بطاريات أيونات الليثيوم، باعتبارها مصدر الطاقة الأساسي، محوريةً لمستقبل هذه الصناعة. وبصفتها "اللاعب الرئيسي" بين مواد الكاثود، أكسيد الليثيوم والنيكل والكوبالت والمنجنيز أصبحت (NCM) الخيار الأول للسيارات الكهربائية والإلكترونيات الاستهلاكية الراقية، وذلك بفضل كثافتها العالية من الطاقة وعمرها الطويل ومزايا التكلفة.
مواد أكسيد الليثيوم والنيكل والكوبالت والمنجنيز (NCM): لماذا تُعتبر "قلب" بطاريات الليثيوم أيون
NCM (LiNiₓCoᵧMn₁₋ₓ₋ᵧO₂) عبارة عن مادة أكسيد ثلاثية الطبقات ذات مزايا رئيسية:
- كثافة الطاقة العالية - من خلال ضبط نسبة النيكل (Ni) والكوبالت (Co) والمنجنيز (Mn) (على سبيل المثال، NCM523، NCM622، NCM811)، يمكن التحكم بدقة في سعة واستقرار المادة.
- تحسين التكلفة – المنجنيز متوفر بكثرة ويقلل من استخدام الكوبالت، مما يؤدي إلى خفض تكاليف المواد بشكل فعال.
- توازن السلامة – يعمل المنغنيز على تعزيز الاستقرار الحراري، مما يقلل من مخاطر السلامة في ظل ظروف الشحن الزائد أو درجات الحرارة العالية.
التطبيقات: السيارات الكهربائية، وإلكترونيات 3C، وأنظمة تخزين الطاقة المنزلية، والمزيد.
عملية تركيب NCM الكاملة: التحول من الذرات إلى الأقطاب الكهربائية
تحضير المواد الخام: نسبة الدقة هي المفتاح
- الأملاح المعدنية: كبريتات أو نترات أو كلوريدات النيكل والكوبالت والمنجنيز (درجة نقاء صناعية ≥99%).
- مصادر الليثيوم: هيدروكسيد الليثيوم (LiOH·H₂O) أو كربونات الليثيوم (Li₂CO₃) مع صارم حجم الجسيمات والتحكم في الشوائب.
- المذيبات والمواد المضافة: الماء منزوع الأيونات، ومحلول الأمونيا (ضبط درجة الحموضة)، والمواد الخافضة للتوتر السطحي (لمنع التكتل).
النقطة الرئيسية: تؤثر النسبة المولية للمواد الخام بشكل مباشر على المنتج النهائي المواد الكيميائية القياس الكيميائي ويجب التحقق منه باستخدام ICP-OES أو أدوات مماثلة.
الترسيب المشترك: إنشاء مادة أولية على نطاق النانو
خطوات:
- تحضير محلول الملح المختلط: قم بإذابة أملاح Ni، Co، Mn بالنسب المطلوبة.
- ترسيب المفاعل: تحت حماية النيتروجين، يُغذّى محلول الملح وخليط NaOH/الأمونيا في المفاعل. اضبط الرقم الهيدروجيني (١٠-١٢)، ودرجة الحرارة (٥٠-٦٠ درجة مئوية)، وسرعة التحريك لإنتاج راسب هيدروكسيد كروي مشترك NiₓCoᵧMn₁₋ₓ₋ᵧ(OH)₂.
- الغسيل والتجفيف: اغسلها جيدًا بالماء منزوع الأيونات، ثم جففها على درجة حرارة 120 درجة مئوية.
التحديات التقنية:
- التحكم في توزيع حجم الجسيمات (D50: 5–15 ميكرومتر).
- تحسين الكروية (يؤثر طلاء (التوحيد في الخطوات اللاحقة).
تفاعلات الحالة الصلبة عالية الحرارة: الليثيوم والتبلور
خطوات:
- الخلط والطحن: دمج المادة الأولية ومصدر الليثيوم بنسبة متكافئة، وإضافة التدفق (على سبيل المثال، LiF)، مطحنة الكرة إلى <1 ميكرومتر.
- التلبيد المسبق: التسخين في جو من الأكسجين عند درجة حرارة 500-600 درجة مئوية لمدة 4-8 ساعات لإزالة الماء والمواد العضوية.
- التلبيد بدرجة حرارة عالية: رفع درجة الحرارة إلى 750-1000 درجة مئوية على مراحل، والاحتفاظ بها لمدة 10-20 ساعة للتفاعل وتكوين بنية طبقية.
- الطحن والغربلة: يستخدم الطحن النفاث للوصول إلى D50 = 3–8 ميكرومتر، قم بالغربلة لإزالة الجزيئات كبيرة الحجم.
مقارنة العملية:
- طريقة الحالة الصلبة التقليدية: منخفضة التكلفة، وحجم الجسيمات غير متساو.
- طريقة السول-جل: حجم الجسيمات موحد، عملية معقدة، تكلفة عالية.
تعديل السطح: "التكنولوجيا السوداء" لعمر أطول
- تكنولوجيا الطلاء: استخدم طريقة ALD (ترسيب الطبقة الذرية) أو الطرق الكيميائية الرطبة لتغليف Al₂O₃ وZrO₂ وما إلى ذلك، لمنع تآكل الإلكتروليت.
- تعديل المنشطات: إدخال الألومنيوم والمغنيسيوم وعناصر أخرى لتثبيت البنية البلورية وتقليل التحولات الطورية.
نتائج الأداء: يمكن لمواد NCM المطلية الحفاظ على قدرة الاحتفاظ بأكثر من 90% بعد 500 دورة عند 45 درجة مئوية (مقارنة بـ 80% بدون طلاء).
الاتجاهات المستقبلية
NCM عالي النيكل: الانتقال من NCM811 إلى NCM9½½، مما يرفع كثافة الطاقة إلى ما يزيد عن 300 واط/كجم.
NCM أحادي البلورة: التحكم في ظروف التلبيد لإنتاج NCM أحادي البلورة، مما يقلل من كسر الجسيمات والتفاعلات الجانبية.
المواد الخالية من الكوبالت: تطوير مواد غنية بالليثيوم والمنجنيز (LMR) للقضاء على الاعتماد على الكوبالت.
مسحوق ملحمي
بخبرة تزيد عن 20 عامًا في مجال الطحن والتصنيف فائق الدقة، توفر شركة Epic Powder معدات طحن وتصنيف وتعديل أسطح متطورة مصممة خصيصًا لإنتاج مواد الكاثود من أكسيد المنغنيز والكوبالت والنيكل الليثيوم (NCM). بدءًا من الطحن الدقيق للمواد الأولية وصولًا إلى التشكيل الدقيق للجسيمات، تضمن Epic Powder توزيعًا ثابتًا لحجم الجسيمات، وخصائص سطحية مُحسّنة، وأداءً كهروكيميائيًا مُحسّنًا، مما يُساعد مُصنعي البطاريات على تحقيق كثافة طاقة أعلى، وعمر دورة أطول، وكفاءة إنتاج أعلى.