新エネルギー車とエネルギー貯蔵技術が急速に成長する時代において、中核電源となるリチウムイオン電池は、業界の将来にとって極めて重要です。正極材料の「スタープレイヤー」として、 リチウムニッケルコバルトマンガン酸化物 (NCM) は、高いエネルギー密度、長いサイクル寿命、コスト上の利点により、電気自動車や高級家電製品の第一選択肢となっています。
リチウムニッケルコバルトマンガン酸化物（NCM）材料：それがなぜリチウムイオン電池の「心臓部」なのか
NCM (LiNiₓCoᵧMn₁₋ₓ₋ᵧO₂) は、次のような主な利点を持つ層状三元酸化物材料です。
- 高エネルギー密度 – ニッケル（Ni）、コバルト（Co）、マンガン（Mn）の比率を調整することで（例：NCM523、NCM622、NCM811）、材料の容量と安定性を正確に制御できます。
- コスト最適化 – マンガンが豊富に存在するため、コバルトの使用量が減り、材料コストが効果的に削減されます。
- 安全バランス – マンガンは熱安定性を高め、過充電や高温条件下での安全リスクを軽減します。
用途: 電気自動車、3C エレクトロニクス、家庭用エネルギー貯蔵システムなど。
NCM合成プロセス：原子から電極への変換
原材料の準備：正確な比率が鍵
- 金属塩: Ni、Co、Mn の硫酸塩、硝酸塩、または塩化物 (工業グレードの純度 ≥ 99%)。
- リチウム源: 水酸化リチウム（LiOH·H₂O）または 炭酸リチウム （Li₂CO₃）は厳密な 粒子サイズ および不純物の制御。
- 溶剤と添加剤: 脱イオン水、アンモニア水（pH調整）、界面活性剤（凝集防止）。
要点: 原材料のモル比は最終結果に直接影響します。 化学薬品 化学量論であり、ICP-OES または同様の機器で検証する必要があります。
共沈：ナノスケールの前駆体の作製
手順:
- 混合塩溶液を準備します。 Ni、Co、Mnの塩を必要な割合で溶解します。
- 反応器沈殿: 窒素ガス遮断下で、塩溶液とNaOH/アンモニア混合液を反応器に供給する。pH（10～12）、温度（50～60℃）、撹拌速度を制御し、球状水酸化物共沈殿物NiₓCoᵧMn₁₋ₓ₋ᵧ(OH)₂を生成する。
- 洗濯と乾燥: 脱イオン水で十分に洗浄し、120℃で乾燥させます。
技術的な課題:
- 粒度分布の制御（D50：5～15μm）。
- 球面度の最適化（影響） コーティング 後のステップでの均一性を確保します。
高温固体反応：リチウム化と結晶化
手順:
- 混合と粉砕： 前駆体とリチウム源を化学量論比で混合し、フラックス（例えばLiF）を加え、 ボールミル 1μm未満まで。
- 予備焼結： 酸素雰囲気中で500～600℃で4～8時間加熱し、水分と有機物を除去します。
- 高温焼結： 段階的に 750 ～ 1000°C まで加熱し、リチウム化と層状構造の形成のために 10 ～ 20 時間保持します。
- 粉砕とふるい分け： 使用 ジェットミリング D50 = 3～8 μmに達するまでふるいにかけて大きすぎる粒子を除去します。
プロセスの比較:
- 従来のソリッドステート方式： 低コスト、粒子サイズが不均一。
- ゾルゲル法： 粒子サイズが均一、プロセスが複雑、コストが高い。
表面改質：サイクル寿命を延ばす「ブラックテクノロジー」
- コーティング技術： 電解質の腐食を防ぐために、ALD (原子層堆積) または湿式化学法を使用して Al₂O₃、ZrO₂ などをコーティングします。
- ドーピングの変更: Al、Mg、その他の元素を導入して結晶構造を安定させ、相転移を減らします。
パフォーマンス結果: コーティングされた NCM 材料は、45°C で 500 サイクル後でも 90% を超える容量保持率を維持できます (コーティングなしの 80% と比較)。
今後の動向
高ニッケルNCM: NCM811 から NCM9½½ に移行し、エネルギー密度が 300 Wh/kg を超えます。
単結晶NCM: 焼結条件を制御して単結晶 NCM を製造し、粒子の破損と副反応を低減します。
コバルトフリー材料: コバルトへの依存をなくすため、リチウムを豊富に含むマンガンベースの材料 (LMR) を開発しています。
エピックパウダー
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