Di era pertumbuhan pesat kendaraan energi baru dan teknologi penyimpanan energi, baterai litium-ion—yang berfungsi sebagai sumber daya inti—sangat penting bagi masa depan industri ini. Sebagai "pemain bintang" di antara material katoda, Litium Nikel Kobalt Mangan Oksida (NCM) telah menjadi pilihan pertama untuk kendaraan listrik dan barang elektronik konsumen kelas atas, berkat kepadatan energinya yang tinggi, siklus hidup yang panjang, dan keunggulan biaya.
Material Lithium Nickel Cobalt Manganese Oxide (NCM): Mengapa Ia Merupakan “Jantung” Baterai Lithium-Ion
NCM (LiNiₓCoᵧMn₁₋ₓ₋ᵧO₂) adalah bahan oksida terner berlapis dengan keunggulan utama:
- Kepadatan Energi Tinggi – Dengan menyesuaikan rasio nikel (Ni), kobalt (Co), dan mangan (Mn) (misalnya, NCM523, NCM622, NCM811), kapasitas dan stabilitas material dapat dikontrol secara tepat.
- Optimasi Biaya – Mangan melimpah dan mengurangi penggunaan kobalt, sehingga secara efektif menurunkan biaya material.
- Keseimbangan Keamanan – Mangan meningkatkan stabilitas termal, mengurangi risiko keselamatan saat pengisian daya berlebih atau kondisi suhu tinggi.
Aplikasi: Kendaraan listrik, elektronik 3C, sistem penyimpanan energi rumah, dan banyak lagi.
Proses Sintesis NCM Penuh: Transformasi dari Atom ke Elektroda
Persiapan Bahan Baku: Rasio Presisi adalah Kuncinya
- Garam Logam: Sulfat, nitrat, atau klorida Ni, Co, Mn (kemurnian tingkat industri ≥99%).
- Sumber Litium: Litium hidroksida (LiOH·H₂O) atau litium karbonat (Li₂CO₃) dengan ketat ukuran partikel dan pengendalian kotoran.
- Pelarut & Aditif: Air deionisasi, larutan amonia (penyesuaian pH), dan surfaktan (untuk mencegah penggumpalan).
Poin Utama: Rasio molar bahan baku secara langsung mempengaruhi hasil akhir bahan kimia stoikiometri dan harus diverifikasi dengan ICP-OES atau instrumen serupa.
Ko-Presipitasi: Menciptakan Prekursor Skala Nano
Tangga:
- Siapkan Larutan Garam Campuran: Larutkan garam Ni, Co, Mn dalam proporsi yang dibutuhkan.
- Presipitasi Reaktor: Dengan proteksi nitrogen, masukkan larutan garam dan campuran NaOH/amonia ke dalam reaktor. Atur pH (10–12), suhu (50–60°C), dan kecepatan pengadukan untuk menghasilkan ko-presipitasi hidroksida berbentuk bola, NiₓCoᵧMn₁₋ₓ₋ᵧ(OH)₂.
- Pencucian & Pengeringan: Cuci bersih dengan air deionisasi, lalu keringkan pada suhu 120°C.
Tantangan Teknis:
- Mengontrol distribusi ukuran partikel (D50: 5–15 μm).
- Mengoptimalkan kebulatan (mempengaruhi lapisan keseragaman pada langkah selanjutnya).
Reaksi Keadaan Padat Suhu Tinggi: Litiasi dan Kristalisasi
Tangga:
- Pencampuran & Penggilingan: Gabungkan prekursor dan sumber litium dalam rasio stoikiometri, tambahkan fluks (misalnya, LiF), pabrik bola hingga <1 μm.
- Pra-Sintering: Panaskan dalam atmosfer oksigen pada suhu 500–600°C selama 4–8 jam untuk menghilangkan air dan bahan organik.
- Sintering Suhu Tinggi: Naikkan suhu hingga 750–1000°C secara bertahap, tahan selama 10–20 jam untuk litiasi dan pembentukan struktur berlapis.
- Penggilingan & Pengayakan: Menggunakan penggilingan jet untuk mencapai D50 = 3–8 μm, ayak untuk menghilangkan partikel berukuran besar.
Perbandingan Proses:
- Metode Solid-State Tradisional: Biaya rendah, ukuran partikel tidak merata.
- Metode Sol-Gel: Ukuran partikel seragam, proses rumit, biaya tinggi.
Modifikasi Permukaan: “Teknologi Hitam” untuk Siklus Hidup yang Lebih Panjang
- Teknologi Pelapisan: Gunakan metode ALD (Atomic Layer Deposition) atau metode kimia basah untuk melapisi Al₂O₃, ZrO₂, dll., untuk mencegah korosi elektrolit.
- Modifikasi Doping: Perkenalkan Al, Mg, dan unsur lainnya untuk menstabilkan struktur kristal dan mengurangi transisi fase.
Hasil Kinerja: Bahan NCM yang dilapisi dapat mempertahankan retensi kapasitas di atas 90% setelah 500 siklus pada suhu 45°C (dibandingkan dengan 80% tanpa pelapisan).
Tren Masa Depan
NCM Nikel Tinggi: Beralih dari NCM811 ke NCM9½½, mendorong kepadatan energi di atas 300 Wh/kg.
NCM Kristal Tunggal: Mengontrol kondisi sintering untuk menghasilkan NCM kristal tunggal, mengurangi fraktur partikel dan reaksi samping.
Bahan Bebas Kobalt: Mengembangkan bahan berbasis mangan kaya litium (LMR) untuk menghilangkan ketergantungan pada kobalt.
Bubuk Epik
Dengan lebih dari 20 tahun keahlian dalam penggilingan dan klasifikasi ultra-halus, Epic Powder menyediakan peralatan penggilingan, klasifikasi, dan modifikasi permukaan canggih yang dirancang khusus untuk produksi material katoda Litium Nikel Kobalt Mangan Oksida (NCM). Dari penggilingan prekursor yang presisi hingga pembentukan partikel yang terkontrol, Epic Powder memastikan distribusi ukuran partikel yang konsisten, sifat permukaan yang optimal, dan kinerja elektrokimia yang ditingkatkan—membantu produsen baterai mencapai kepadatan energi yang lebih tinggi, siklus hidup yang lebih panjang, dan efisiensi produksi yang lebih tinggi.