Dalam era pertumbuhan pesat dalam kenderaan tenaga baharu dan teknologi storan tenaga, bateri litium-ion—berfungsi sebagai sumber kuasa teras—adalah penting untuk masa depan industri. Sebagai "pemain bintang" antara bahan katod, Litium Nikel Kobalt Mangan Oksida (NCM) telah menjadi pilihan pertama untuk kenderaan elektrik dan elektronik pengguna mewah, berkat kepadatan tenaga yang tinggi, hayat kitaran yang panjang dan kelebihan kosnya.
Bahan Litium Nikel Kobalt Mangan Oksida (NCM): Mengapa Ia "Jantung" Bateri Litium-Ion
NCM (LiNiₓCoᵧMn₁₋ₓ₋ᵧO₂) ialah bahan oksida ternari berlapis dengan kelebihan utama:
- Ketumpatan Tenaga Tinggi – Dengan melaraskan nisbah nikel (Ni), kobalt (Co), dan mangan (Mn) (cth, NCM523, NCM622, NCM811), kapasiti dan kestabilan bahan boleh dikawal dengan tepat.
- Pengoptimuman Kos – Mangan adalah banyak dan mengurangkan penggunaan kobalt, dengan berkesan mengurangkan kos bahan.
- Imbangan Keselamatan – Mangan meningkatkan kestabilan terma, mengurangkan risiko keselamatan di bawah caj berlebihan atau keadaan suhu tinggi.
Aplikasi: Kenderaan elektrik, elektronik 3C, sistem storan tenaga rumah dan banyak lagi.
Proses Sintesis NCM Penuh: Transformasi daripada Atom kepada Elektrod
Penyediaan Bahan Mentah: Nisbah Ketepatan adalah Kunci
- Garam Logam: Sulfat, nitrat atau klorida Ni, Co, Mn (ketulenan gred industri ≥99%).
- Sumber Litium: Litium hidroksida (LiOH·H₂O) atau litium karbonat (Li₂CO₃) dengan ketat saiz Zarah dan kawalan kekotoran.
- Pelarut & Aditif: Air ternyahion, larutan ammonia (pelarasan pH), dan surfaktan (untuk mengelakkan penggumpalan).
Perkara Utama: Nisbah molar bahan mentah secara langsung memberi kesan kepada akhir kimia stoikiometri dan mesti disahkan dengan ICP-OES atau instrumen yang serupa.
Kerpasan Bersama: Mencipta Prekursor Skala Nano
Langkah-langkah:
- Sediakan Penyelesaian Garam Campuran: Larutkan garam Ni, Co, Mn dalam perkadaran yang diperlukan.
- Kerpasan Reaktor: Di bawah perlindungan nitrogen, masukkan larutan garam dan campuran NaOH/ammonia ke dalam reaktor. Kawal pH (10–12), suhu (50–60°C), dan kelajuan kacau untuk menghasilkan sfera hidroksida bersama mendakan NiₓCoᵧMn₁₋ₓ₋ᵧ(OH)₂.
- Mencuci & Mengeringkan: Basuh bersih dengan air ternyahion, kemudian keringkan pada suhu 120°C.
Cabaran Teknikal:
- Mengawal taburan saiz zarah (D50: 5–15 μm).
- Mengoptimumkan sfera (menjejaskan salutan keseragaman dalam langkah seterusnya).
Tindak balas Keadaan Pepejal Suhu Tinggi: Lithiation dan Penghabluran
Langkah-langkah:
- Pencampuran & Pengilangan: Gabungkan prekursor dan sumber litium dalam nisbah stoikiometri, tambah fluks (cth, LiF), kilang bola kepada <1 μm.
- Pra-Sintering: Panaskan dalam atmosfera oksigen pada 500–600°C selama 4–8 jam untuk mengeluarkan air dan organik.
- Pensinteran Suhu Tinggi: Naik ke 750–1000°C secara berperingkat, tahan selama 10–20 jam untuk lithiation dan pembentukan struktur berlapis.
- Mengisar & Mengayak: guna pengilangan jet untuk mencapai D50 = 3–8 μm, tapis untuk mengeluarkan zarah bersaiz besar.
Perbandingan Proses:
- Kaedah Keadaan Pepejal Tradisional: Kos rendah, saiz zarah tidak sekata.
- Kaedah Sol-Gel: Saiz zarah seragam, proses kompleks, kos tinggi.
Pengubahsuaian Permukaan: "Teknologi Hitam" untuk Hayat Kitaran Lebih Lama
- Teknologi Salutan: Gunakan kaedah ALD (Atomic Layer Deposition) atau kaedah kimia basah untuk menyalut Al₂O₃, ZrO₂, dsb., untuk mengelakkan kakisan elektrolit.
- Pengubahsuaian Doping: Memperkenalkan Al, Mg, dan unsur lain untuk menstabilkan struktur kristal dan mengurangkan peralihan fasa.
Keputusan Prestasi: Bahan NCM bersalut boleh mengekalkan pengekalan kapasiti melebihi 90% selepas 500 kitaran pada 45°C (berbanding 80% tanpa salutan).
Trend Masa Depan
NCM Nikel Tinggi: Bergerak dari NCM811 ke NCM9½½, menolak ketumpatan tenaga melebihi 300 Wj/kg.
NCM Kristal Tunggal: Mengawal keadaan pensinteran untuk menghasilkan NCM kristal tunggal, mengurangkan patah zarah dan tindak balas sampingan.
Bahan Bebas Kobalt: Membangunkan bahan berasaskan mangan (LMR) yang kaya dengan litium untuk menghapuskan pergantungan kepada kobalt.
Bedak Epik
Dengan lebih 20 tahun kepakaran dalam pengisaran dan pengelasan ultra-halus, Serbuk Epik menyediakan peralatan pengilangan, pengelasan dan pengubahsuaian permukaan termaju yang disesuaikan untuk Lithium Nickel Cobalt Manganese Oxide (NCM): pengeluaran bahan katod. Daripada pengisaran prekursor yang tepat kepada pembentukan zarah terkawal, Serbuk Epik memastikan pengedaran saiz zarah yang konsisten, sifat permukaan yang dioptimumkan dan prestasi elektrokimia yang dipertingkatkan—membantu pengeluar bateri mencapai ketumpatan tenaga yang lebih tinggi, hayat kitaran yang lebih lama dan kecekapan pengeluaran yang lebih besar.