В эпоху стремительного развития новых видов транспорта и технологий накопления энергии литий-ионные аккумуляторы, выступающие в качестве основного источника энергии, играют ключевую роль в будущем отрасли. Будучи «звездой» среди катодных материалов, Оксид лития, никеля, кобальта и марганца (NCM) стал лучшим выбором для электромобилей и высококачественной бытовой электроники благодаря высокой плотности энергии, длительному сроку службы и ценовым преимуществам.
Материалы на основе оксида лития, никеля, кобальта и марганца (NCM): почему это «сердце» литий-ионных аккумуляторов
NCM (LiNiₓCoᵧMn₁₋ₓ₋ᵧO₂) — это слоистый тройной оксидный материал с ключевыми преимуществами:
- Высокая плотность энергии – Регулируя соотношение никеля (Ni), кобальта (Co) и марганца (Mn) (например, NCM523, NCM622, NCM811), можно точно контролировать емкость и стабильность материала.
- Оптимизация затрат – Марганец широко распространен и сокращает использование кобальта, что эффективно снижает затраты на материал.
- Баланс безопасности – Марганец повышает термическую стабильность, снижая риски безопасности при перезарядке или высоких температурах.
Приложения: Электромобили, электроника 3C, домашние системы хранения энергии и многое другое.
Полный процесс синтеза NCM: преобразование атомов в электроды
Подготовка сырья: точность соотношения имеет решающее значение
- Соли металлов: Сульфаты, нитраты или хлориды Ni, Co, Mn (технической чистоты ≥99%).
- Источники лития: Гидроксид лития (LiOH·H₂O) или карбонат лития (Li₂CO₃) со строгим размер частицы и контроль примесей.
- Растворители и добавки: Деионизированная вода, раствор аммиака (регулировка pH) и поверхностно-активные вещества (для предотвращения агломерации).
Ключевой момент: Молярное соотношение сырья напрямую влияет на конечный продукт. химический стехиометрия должна быть проверена с помощью ICP-OES или аналогичных приборов.
Совместное осаждение: создание наноразмерного прекурсора
Шаги:
- Приготовьте смешанный солевой раствор: Растворить соли Ni, Co, Mn в необходимых пропорциях.
- Осаждение в реакторе: Под защитой азота подайте раствор соли и смесь NaOH/аммиака в реактор. Контролируйте pH (10–12), температуру (50–60 °C) и скорость перемешивания для получения сферического соосаждения гидроксида NiₓCoᵧMn₁₋ₓ₋ᵧ(OH)₂.
- Стирка и сушка: Тщательно промойте деионизированной водой, затем высушите при температуре 120°C.
Технические проблемы:
- Контроль распределения размеров частиц (D50: 5–15 мкм).
- Оптимизация сферичности (влияет на покрытие однородность на последующих этапах).
Высокотемпературная твердофазная реакция: литиирование и кристаллизация
Шаги:
- Смешивание и измельчение: Смешайте прекурсор и источник лития в стехиометрическом соотношении, добавьте флюс (например, LiF), шаровая мельница до <1 мкм.
- Предварительное спекание: Нагревать в атмосфере кислорода при температуре 500–600 °C в течение 4–8 часов для удаления воды и органических веществ.
- Высокотемпературное спекание: Поэтапно повышайте температуру до 750–1000 °C, выдерживайте в течение 10–20 часов для литиирования и формирования слоистой структуры.
- Измельчение и просеивание: Использовать струйное фрезерование до достижения D50 = 3–8 мкм, просеять для удаления частиц слишком большого размера.
Сравнение процессов:
- Традиционный твердотельный метод: Низкая стоимость, неравномерный размер частиц.
- Золь-гель метод: Однородный размер частиц, сложный процесс, высокая стоимость.
Модификация поверхности: «черная технология» для увеличения срока службы
- Технология покрытия: Используйте методы ALD (атомно-слоевого осаждения) или влажной химии для покрытия Al₂O₃, ZrO₂ и т. д. с целью предотвращения электролитной коррозии.
- Модификация допинга: Вводят Al, Mg и другие элементы для стабилизации кристаллической структуры и уменьшения фазовых переходов.
Результаты производительности: Материалы NCM с покрытием могут сохранять емкость выше 90% после 500 циклов при 45 °C (по сравнению с 80% без покрытия).
Будущие тенденции
NCM с высоким содержанием никеля: Переход с NCM811 на NCM9½½, повышение плотности энергии до более чем 300 Вт⋅ч/кг.
Монокристаллический NCM: Управление условиями спекания для получения монокристаллического NCM, снижение разрушения частиц и побочных реакций.
Материалы без кобальта: Разработка богатых литием материалов на основе марганца (LMR) для устранения зависимости от кобальта.
Эпический порошок
Обладая более чем 20-летним опытом в области сверхтонкого измельчения и классификации, компания Epic Powder предлагает передовое оборудование для измельчения, классификации и модификации поверхности, специально разработанное для производства катодных материалов на основе оксида лития-никеля-кобальта-марганца (NCM). От точного измельчения прекурсоров до контролируемого формирования частиц, Epic Powder обеспечивает равномерное распределение размера частиц, оптимальные свойства поверхности и улучшенные электрохимические характеристики, помогая производителям аккумуляторов достигать более высокой плотности энергии, увеличения срока службы и повышения эффективности производства.