LiNiCoMnO2 (NCM111) Einseitig beschichtete Kathodenelektrodenscheibe Beschreibung
LiNiCoMnO2 (NCM) ist ein geschichtetes Oxidkathodenmaterial, das sich durch seine kristallographische Struktur in der Raumgruppe *R-3m* auszeichnet und ein hexagonales Gitter bildet, das eine effiziente Lithium-Ionen-Diffusion während des elektrochemischen Zyklus ermöglicht. Das Material enthält Lithium-, Nickel-, Kobalt- und Manganoxide, wobei das Verhältnis der Übergangsmetalle (z. B. Ni: Co: Mn = 1:1:1 in NCM111) das elektrochemische Verhalten direkt beeinflusst. Varianten mit höherem Nickelgehalt, wie NCM811 (LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2), bieten eine höhere Energiedichte (~250 mAh/g), haben aber mit Problemen wie Sauerstoffverlust bei erhöhten Temperaturen und Gitterinstabilität während des Zyklus zu kämpfen. Das geschichtete α-NaFeO2-Gerüst bietet zugängliche Pfade für die Lithium-Ionen-Migration, obwohl strukturelle Degradationsmechanismen - wie Phasenübergänge (z. B.O3→O1) und Mikrorissbildung aufgrund anisotroper Volumenänderungen (~5 % Dehnung) - weiterhin kritische Einschränkungen darstellen.
Fortgeschrittene Modifikationen gehen diese Probleme an, indem sie die atomare Architektur des Materials stabilisieren. Oberflächenbeschichtungen wie Natriumphytat (PN) bilden Schutzbarrieren, die die Zersetzung des Elektrolyten abschwächen und die Freisetzung von Sauerstoff bei hohen Spannungen (bis zu 4,6 V) unterdrücken, wodurch sich die Temperatur des thermischen Durchgehens deutlich verzögert (von 125,9 °C auf 184,8 °C). Hochentrope Dotierungsstrategien, bei denen Elemente wie Titan, Magnesium und Niob in das Kristallgitter integriert werden, verbessern die mechanische Widerstandsfähigkeit, indem sie die axiale Dehnung (< 0,5 %) reduzieren und die Rissausbreitung verhindern, wodurch ein "spannungsfreies" Verhalten erreicht wird, das die strukturelle Integrität über längere Zyklen hinweg bewahrt (z. B, 95 % Kapazitätserhalt nach 500 Zyklen)5. Nanostrukturierungstechniken wie walnussförmige Nanoblätter mit freiliegenden aktiven {010}-Facetten optimieren die Ionentransportkinetik, verringern den Grenzflächenwiderstand und verbessern die Ratenleistung (z. B. 131,23 mAh/g bei 10 °C).
Die thermische Stabilität wird durch die Dotierung mit zwei Anionen (z. B. Fluor und Schwefel) weiter verbessert, wodurch die Sauerstoffgerüste verstärkt und Sauerstoffverluste unterdrückt werden, so dass Varianten mit hoher Kapazität robuste thermische Eigenschaften behalten. So weist hochentropie-dotiertes NCM beispielsweise thermische Durchbruchstemperaturen auf, die mit denen von NCM-Varianten mit niedrigerem Nickelgehalt vergleichbar sind - ein entscheidender Fortschritt für die Sicherheit. In chemischer Hinsicht ist die Stabilität des Materials auf die synergistischen Effekte mehrerer Dotierstoffe zurückzuführen, die Sauerstoffdefekte einschließen und schädliche Phasenübergänge verhindern, wodurch eine langfristige elektrochemische Beständigkeit selbst bei Hochspannungsbetrieb (4,6-4,9 V) gewährleistet wird. Diese Innovationen machen NCM zu einer chemisch abstimmbaren Plattform, die ein Gleichgewicht zwischen Energiedichte und struktureller und thermischer Widerstandsfähigkeit für Energiespeichersysteme der nächsten Generation schafft.
LiNiCoMnO2 (NCM111) Einseitig beschichtete Kathodenelektrodenscheibe Anwendungen
1. Elektrofahrzeuge (EVs): NCM ist ein wichtiges Kathodenmaterial für Elektrofahrzeugbatterien. Varianten mit hohem Nickelgehalt wie NCM811 (LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2) erreichen durch Oberflächenmodifikationen (z. B. Natriumphytat-Beschichtungen) und Elementdotierung (z. B. Ti, Mg, Nb) eine verbesserte thermische Stabilität und Zyklenlebensdauer. Modifizierte NCM811-Pouch-Zellen zeigen eine 45%ige Erhöhung der thermischen Durchbruchstemperatur (von 125,9°C auf 184,8°C) und eine überlegene Kapazitätserhaltung nach 700 Zyklen bei 4,6 V. Recycelte NCM111-Materialien weisen eine außergewöhnliche Langlebigkeit auf, mit 70% Kapazitätserhalt über 11.600 Zyklen in 1-Ah-Pouch-Zellen, und übertreffen damit die kommerziellen Gegenstücke.
2. Energiespeichersysteme (ESS): NCM-basierte Materialien, wie z.B. lithiumreiche Mangan-Kathoden (Li1.2Ni0.2Mn0.6O2), sind aufgrund ihrer hohen Kapazität (>250 mAh/g) und niedrigen Kosten ideal für Energiespeicher im Netzmaßstab. Eine optimierte Verdichtungsdichte(≥3,0 g/cm3) und lithiumverstärkende Strategien (z. B. LiYO2-Beschichtungen) erhöhen die Energiedichte auf 400 Wh/kg und verbessern die wirtschaftliche Tragfähigkeit der Integration erneuerbarer Energien.
3. Leistungsstarke Geräte: Nanostrukturierte NCM-Materialien, wie walnussförmige Nanoblätter mit freiliegenden aktiven {010}-Facetten, verbessern die Lithium-Ionen-Diffusionskinetik und liefern 131,23 mAh/g bei Entladungsraten von 10C. Diese sind für Elektrowerkzeuge, Drohnen und Hybrid-Elektrofahrzeuge von entscheidender Bedeutung. Die Ammoniumsulfat-unterstützte Synthese von NCM111 verbessert die Ratenfähigkeit weiter, indem sie die Porenstrukturen optimiert und die Vermischung von Li/Ni-Kationen minimiert.
4. Unterhaltungselektronik: Hochspannungs-NCM-Varianten (bis zu 4,9 V Cutoff) mit Ceroxid (CeO2)-Beschichtungen unterdrücken die Freisetzung von Sauerstoff und die Zersetzung des Elektrolyten und verlängern so die Lebensdauer der Batterien in Smartphones, Laptops und Wearables. Modifiziertes NCM sorgt auch bei 4,9 V für einen stabilen Zyklus und verbessert die Kapazitätserhaltung erheblich.
5. Batterie-Recycling und Upcycling: Geschlossene Recycling-Prozesse regenerieren NCM aus verbrauchten Batterien und übertreffen oft die Leistung von Neuware. Recycelte NCM111 Pouch-Zellen erreichen über 11.600 Zyklen mit 70 % Kapazitätserhalt, während verbessertes einkristallines NCM111 aus recyceltem LiCoO₂ 159 mAh/g (0,1C) und 82,1 % Kapazitätserhalt nach 200 Zyklen liefert, was mit kommerziellen Standards kompatibel ist.
6. Superkondensatoren und Hybridsysteme: Von NCM abgeleitete Heterostrukturen (z. B. NiCo-MOF@MnO2/AC-Elektroden) ermöglichen asymmetrische Superkondensatoren mit hoher spezifischer Kapazität (15,2 F/cm2) und Energiedichte (1,191 mWh/cm2), die sich für die schnelle Energieversorgung in Hybridsystemen eignen.
LiNiCoMnO2 (NCM111) Einseitig beschichtete Kathodenelektrodenscheibe Verpackung
Unsere Produkte werden in kundenspezifischen Kartons verschiedener Größen verpackt, die auf den Materialabmessungen basieren. Kleine Artikel werden sicher in PP-Kartons verpackt, während größere Artikel in maßgefertigte Holzkisten gelegt werden. Wir sorgen für eine strikte Einhaltung der Verpackungsanpassung und die Verwendung geeigneter Polstermaterialien, um einen optimalen Schutz während des Transports zu gewährleisten.
Verpackung: Lagerung in einer Vakuumbox, einem Vakuumschrank oder einer Handschuhbox, um eine Verschlechterung zu vermeiden. Karton, Holzkiste oder kundenspezifisch.
Bitte sehen Sie sich die Verpackungsdetails zu Ihrer Information an.
Herstellungsprozess
1)Prüfverfahren
(1)Analyse der chemischen Zusammensetzung - Überprüfung mit Techniken wie GDMS oder XRF, um die Einhaltung der Reinheitsanforderungen zu gewährleisten.
(2)Prüfung der mechanischen Eigenschaften - Umfasst Zugfestigkeit, Streckgrenze und Dehnungstests zur Bewertung der Materialleistung.
(3)Maßprüfung - Misst Dicke, Breite und Länge, um die Einhaltung der vorgegebenen Toleranzen zu gewährleisten.
(4)Prüfung der Oberflächenqualität - Überprüfung auf Defekte wie Kratzer, Risse oder Einschlüsse durch Sicht- und Ultraschallprüfung.
(5)Härteprüfung - Bestimmung der Materialhärte zur Bestätigung der Gleichmäßigkeit und mechanischen Zuverlässigkeit.
Detaillierte Informationen entnehmenSie bitte den SAM-Prüfverfahren.
Häufig gestellte Fragen zu LiNiCoMnO2 (NCM111) einseitig beschichteten Kathodenelektrodenscheiben
Q1. Warum wird bei NCM ein hoher Nickelgehalt verwendet?
Varianten mit hohem Nickelgehalt (z. B. NCM811) erhöhen die Energiedichte (~250 mAh/g), stehen aber vor Herausforderungen wie Sauerstoffverlust bei hohen Spannungen (>4,5 V) und strukturellem Abbau. Innovationen wie Oberflächenbeschichtungen (z. B. Natriumphytat) und Dotierung (z. B. Ti, Mg) mildern diese Probleme und verbessern die thermische Stabilität und die Zykluslebensdauer.
Q2. Wie erhöht NCM die Sicherheit von Batterien?
Modifikationen wie Natriumphytat-Beschichtungen verzögern die Temperatur des thermischen Durchgehens um 45 % (125,9 °C→184,8 °C), während hochentropische Dotierung die Gitterdehnung (<0,5 %) reduziert, um Risse zu verhindern. Diese Strategien gewährleisten die strukturelle Integrität auch unter extremen Bedingungen.
Q3. Wie ist NCM im Vergleich zu LFP- oder LCO-Kathoden?
NCM bietet eine höhere Energiedichte als Lithiumeisenphosphat (LFP), erfordert aber aus Sicherheitsgründen eine Stabilisierung. Im Vergleich zu Lithium-Kobalt-Oxid (LCO) reduziert es die Abhängigkeit von Kobalt und die Kosten bei gleichbleibender Leistung.
Verwandte Informationen
1.gängige Präparationsmethoden
LiNiCoMnO2 (NCM)-Kathodenmaterialien werden durch Techniken wie Festkörperreaktion, Kopräzipitation und Sol-Gel-Methoden synthetisiert, die jeweils auf eine genaue stöchiometrische Kontrolle und strukturelle Homogenität zugeschnitten sind. Bei der Festkörperreaktion werden Lithiumsalze (z. B. LiOH oder Li2CO3) mit Übergangsmetalloxiden (NiO, Co3O4, MnO2) mechanisch vermischt und anschließend bei hoher Temperatur (800-1000 °C) in sauerstoffreicher Atmosphäre kalziniert. Diese Methode ist zwar kosteneffizient, führt aber häufig zu einer unregelmäßigen Partikelmorphologie und einer unvollständigen Kationenmischung, so dass nach der Synthese Behandlungen wie Kugelmahlen oder sekundäres Glühen zur Verbesserung der Kristallinität erforderlich sind.
Bei der Co-Präzipitation, die in der industriellen Produktion weit verbreitet ist, werden einheitliche Vorstufen durch Ausfällung von Übergangsmetallhydroxiden (NiCoMn(OH)2) aus wässrigen Metallnitrat-/Sulfatlösungen bei kontrolliertem pH-Wert (10-12) und kontrollierter Temperatur (50-60 °C) erzeugt. Der Vorläufer wird dann lithiiert und gesintert, um geschichtete NCM-Strukturen zu bilden, was eine genaue Kontrolle der Partikelgröße (5-15 μm) und der Kationenverteilung ermöglicht. Fortgeschrittene Varianten, wie die ammoniakunterstützte Kopräzipitation, minimieren den Restalkaligehalt (<0,1 Gew.-%) und verbessern die Einheitlichkeit der Zusammensetzung.
Bei der Sol-Gel-Synthese wird Homogenität auf atomarer Ebene erreicht, indem Metallionen (Ni2+, Co2+, Mn2+) mit organischen Liganden (z. B. Zitronensäure) chelatisiert werden, um ein polymeres Gel zu bilden, das sich während der Kalzinierung bei niedriger Temperatur (600-800 °C) in nanostrukturiertes NCM (z. B. Nanoblätter, poröse Gerüste) zersetzt. Modifikationen nach der Synthese, wie die Abscheidung von Al2O3 auf Atomschichten (ALD) oder die nasschemische Beschichtung mit Natriumphytat (PN), stabilisieren die Oberfläche des Materials gegen die Zersetzung durch Elektrolyte und die Freisetzung von Sauerstoff.
Neuere Methoden wie die Synthese von geschmolzenem Salz und die Sprühpyrolyse erzeugen einkristalline NCM-Partikel mit minimalen Korngrenzen, die die Bildung von Mikrorissen während des Zyklus wirksam abschwächen. Hochentrope Dotierungsstrategien, bei denen Elemente wie Ti, Mg und Nb während der Vorläufersynthese eingebracht werden, verstärken die Gitterstabilität und bewirken ein "Null-Dehnungs"-Verhalten (axiale Dehnung <0,5 %), was die mechanische Belastbarkeit erheblich verbessert. Diese Ansätze sorgen für ein ausgewogenes Verhältnis zwischen Skalierbarkeit, Kosten und Leistung und ermöglichen es NCM, die Anforderungen von Anwendungen mit hoher Energiedichte zu erfüllen und gleichzeitig die Herausforderungen der thermischen und strukturellen Stabilität zu meistern.
