In het tijdperk van snelle groei in nieuwe energievoertuigen en energieopslagtechnologie zijn lithium-ionbatterijen – die als belangrijkste energiebron dienen – cruciaal voor de toekomst van de industrie. Als "sterspeler" onder de kathodematerialen, Lithium-nikkel-kobalt-mangaanoxide (NCM) is de eerste keuze geworden voor elektrische voertuigen en hoogwaardige consumentenelektronica, dankzij de hoge energiedichtheid, lange levensduur en kostenvoordelen.
Materialen van lithium-nikkel-kobalt-mangaanoxide (NCM): waarom het het 'hart' is van lithium-ionbatterijen
NCM (LiNiₓCoᵧMn₁₋ₓ₋ᵧO₂) is een gelaagd ternair oxidemateriaal met belangrijke voordelen:
- Hoge energiedichtheid – Door de verhouding van nikkel (Ni), kobalt (Co) en mangaan (Mn) aan te passen (bijv. NCM523, NCM622, NCM811) kunnen de capaciteit en stabiliteit van het materiaal nauwkeurig worden geregeld.
- Kostenoptimalisatie – Mangaan is in overvloed aanwezig en vermindert het kobaltverbruik, wat de materiaalkosten effectief verlaagt.
- Veiligheidsbalans – Mangaan verbetert de thermische stabiliteit, waardoor veiligheidsrisico’s bij overbelasting of hoge temperaturen worden verminderd.
Toepassingen: Elektrische voertuigen, 3C-elektronica, energieopslagsystemen voor thuis en meer.
Volledig NCM-syntheseproces: transformatie van atomen naar elektroden
Grondstofvoorbereiding: Precisieverhouding is essentieel
- Metaalzouten: Sulfaten, nitraten of chloriden van Ni, Co, Mn (industriële zuiverheid ≥99%).
- Lithiumbronnen: Lithiumhydroxide (LiOH·H₂O) of lithiumcarbonaat (Li₂CO₃) met strikte deeltjesgrootte en onzuiverheidscontrole.
- Oplosmiddelen en additieven: Gedemineraliseerd water, ammoniakoplossing (pH-aanpassing) en oppervlakteactieve stoffen (om agglomeratie te voorkomen).
Kernpunt: De molaire verhouding van grondstoffen heeft direct invloed op het uiteindelijke product. chemisch stoichiometrie en moet worden geverifieerd met ICP-OES of soortgelijke instrumenten.
Co-precipitatie: het creëren van een voorloper op nanoschaal
Stappen:
- Bereid een gemengde zoutoplossing: Los Ni-, Co- en Mn-zouten op in de vereiste verhoudingen.
- Reactorneerslag: Voeg onder stikstofbescherming de zoutoplossing en het NaOH/ammoniakmengsel toe aan een reactor. Controleer de pH (10-12), de temperatuur (50-60 °C) en de roersnelheid om het bolvormige hydroxidecoprecipitaat NiₓCoᵧMn₁₋ₓ₋ᵧ(OH)₂ te produceren.
- Wassen en drogen: Grondig wassen met gedemineraliseerd water en vervolgens drogen op 120°C.
Technische uitdagingen:
- Controle van de deeltjesgrootteverdeling (D50: 5–15 μm).
- Optimaliseren van de sfericiteit (beïnvloedt bekleding uniformiteit in latere stappen).
Hoge-temperatuur vaste-toestandreactie: Lithiatie en kristallisatie
Stappen:
- Mengen en malen: Combineer de precursor en de lithiumbron in een stoichiometrische verhouding, voeg flux toe (bijv. LiF), kogel molen tot <1 μm.
- Voorsinteren: Verwarm in een zuurstofatmosfeer bij 500–600°C gedurende 4–8 uur om water en organische stoffen te verwijderen.
- Sinteren bij hoge temperatuur: Verhoog de temperatuur stapsgewijs naar 750–1000°C en houd deze 10–20 uur aan voor lithiëring en de vorming van gelaagde structuren.
- Maal- en zeefproces: Gebruik straalfrezen om D50 = 3–8 μm te bereiken, zeef om te grote deeltjes te verwijderen.
Procesvergelijking:
- Traditionele vaste-toestandmethode: Lage kosten, ongelijkmatige deeltjesgrootte.
- Sol-Gel-methode: Uniforme deeltjesgrootte, complex proces, hoge kosten.
Oppervlaktemodificatie: “Black Technology” voor een langere levensduur
- Coatingtechnologie: Gebruik ALD (Atomic Layer Deposition) of natchemische methoden om Al₂O₃, ZrO₂, enz. te coaten om elektrolytcorrosie te voorkomen.
- Dopingmodificatie: Voeg Al, Mg en andere elementen toe om de kristalstructuur te stabiliseren en faseovergangen te verminderen.
Prestatieresultaten: Gecoate NCM-materialen kunnen een capaciteitsbehoud van meer dan 90% behouden na 500 cycli bij 45°C (vergeleken met 80% zonder coating).
Toekomstige trends
NCM met hoog nikkelgehalte: Van NCM811 naar NCM9½½, waardoor de energiedichtheid boven de 300 Wh/kg uitkomt.
Enkelkristal NCM: Beheersing van sinteromstandigheden om monokristallijn NCM te produceren, waardoor deeltjesbreuk en nevenreacties worden verminderd.
Kobaltvrije materialen: Ontwikkeling van lithiumrijke, op mangaan gebaseerde materialen (LMR) om de afhankelijkheid van kobalt te elimineren.
Episch poeder
Met meer dan 20 jaar expertise in ultrafijn slijpen en classificeren levert Epic Powder geavanceerde apparatuur voor frezen, classificeren en oppervlaktemodificatie, speciaal ontwikkeld voor de productie van lithium-nikkel-kobalt-mangaanoxide (NCM) kathodemateriaal. Van nauwkeurig precursorslijpen tot gecontroleerde deeltjesvorming, Epic Powder garandeert een consistente deeltjesgrootteverdeling, geoptimaliseerde oppervlakte-eigenschappen en verbeterde elektrochemische prestaties. Dit helpt batterijfabrikanten een hogere energiedichtheid, langere levensduur en hogere productie-efficiëntie te bereiken.