AC6757 LiNiCoMnO2 (NCM523) Beidseitig beschichtete Aluminiumfolie

LiNiCoMnO2 (NCM523) Doppelseitig beschichtete Aluminiumfolie Beschreibung

Die doppelseitig beschichtete LiNiCoMnO2 (NCM523)-Aluminiumfolie ist ein hochleistungsfähiges Verbundelektrodensubstrat für Lithium-Ionen-Batterien, das eine einheitliche NCM523 (LiNi0,5Co0,5Mn0,5O2)-Kathodenschicht auf beiden Seiten eines Aluminiumfolienkerns enthält. Das in der Regel 10-20 μm dicke Aluminiumsubstrat dient als hochleitfähiger Stromkollektor mit niedrigem elektrischem Widerstand (~2,65×10^-8 Ω-m) und robusten mechanischen Eigenschaften, einschließlich einer Zugfestigkeit von mehr als 150 MPa, die die strukturelle Integrität während des Kalandrierens der Elektroden und der Zellmontage gewährleisten. Jede NCM523-Schicht mit einer Dicke von 50-120 μm besteht aus einem ausgewogenen Übergangsmetalloxid (Ni:Co:Mn = 5:2:3), das in einer geschichteten α-NaFeO2-Struktur (Raumgruppe *R-3m*) kristallisiert. Diese Schichtkonfiguration erleichtert eine effiziente Lithium-Ionen-Interkalation und -Deinterkalation und liefert eine reversible spezifische Kapazität von ~160-180 mAh/g bei 0,1C-Raten, während eine moderate Gitterdehnung (~2-3%) während des Zyklus beibehalten wird, was die strukturelle Degradation minimiert.

Bei der beidseitigen Beschichtung werden Präzisionstechniken wie Slot-Die-Beschichtung oder Rakeln eingesetzt, gefolgt von Kalandrieren unter kontrolliertem Druck (5-10 MPa), um eine hohe Elektrodendichte (≥3,4 g/cm3) und eine gleichmäßige Verteilung des aktiven Materialszu erreichen. Durch dieses symmetrische Design verdoppelt sich die aktive Oberfläche im Vergleich zu einseitigen Konfigurationen, wodurch die Energiedichte und die Gleichmäßigkeit der Stromverteilung erheblich verbessert werden. Die NCM523-Schichten sind mit leitfähigen Additiven (z. B. 3-5 Gew.-% Ruß) und PVDF-Bindemitteln formuliert, um die elektronische Perkolation und die Grenzflächenhaftung zu optimieren, den Ladungstransferwiderstand zu verringern und eine hohe Leistung zu ermöglichen (z. B. ~140 mAh/g bei 2 °C).

Die thermische Stabilität ist ein Markenzeichen von NCM523, wobei die Sauerstofffreisetzungstemperaturen unter inerten Bedingungen 220°C übersteigen, was auf die stabilisierende Rolle von Mangan bei der Unterdrückung der Sauerstoffentwicklung zurückzuführen ist. Oberflächenmodifikationen wie ultradünne Al2O3-Beschichtungen durch Atomlagenabscheidung (ALD) oder Spurendotierungen (z. B. Mg, Ti) verbessern die Grenzflächenstabilität weiter, indem sie parasitäre Reaktionen abschwächen und die Zersetzung des Elektrolyten bei hohen Spannungen (bis zu 4,4 V) verringern. Das ausgewogene Übergangsmetallverhältnis minimiert auch die Vermischung von Li/Ni-Kationen (<4%) und verringert Phasenübergänge, was zur langfristigen Zyklenstabilität beiträgt (>90% Kapazitätserhalt nach 500 Zyklen bei 1C). Fortschrittliche Herstellungsprotokolle, einschließlich Laserdickenkontrolle und Plasmaoberflächenaktivierung, gewährleisten eine gleichmäßige Beschichtung (Dickentoleranz ±1,5 μm) und optimale Porosität für die Elektrolytinfiltration.

Die doppelseitige Architektur erhöht zwar die Energiedichte, bringt aber auch Herausforderungen mit sich, z. B. die Bewältigung mechanischer Spannungen beim Biegen oder Stapeln der Elektroden. Die dem Aluminiumsubstrat innewohnende Flexibilität und Korrosionsbeständigkeit verringern jedoch das Risiko einer Delaminierung, selbst bei längerer elektrochemischer Beanspruchung. Dieses Design ist auch auf skalierbare Produktions- und Recyclingprozesse abgestimmt, bei denen Aluminium und NCM523 effizient getrennt und regeneriert werden können. Durch die Harmonisierung von elektrochemischer Effizienz, mechanischer Widerstandsfähigkeit und thermischer Sicherheit stellt die doppelseitig beschichtete NCM523-Aluminiumfolie eine robuste und vielseitige Plattform für moderne Energiespeichersysteme dar.

LiNiCoMnO2 (NCM523) Doppelseitig beschichtete Aluminiumfolie Anwendungen

1. Elektrofahrzeuge (EVs): NCM523 ist ein Vertreter der ternären Materialien mit mittelhohem Nickelgehalt für Batterien für Elektrofahrzeuge. Seine Energiedichte (~160-180 mAh/g) und thermische Stabilität (Sauerstofffreisetzungstemperatur >220°C) gewährleisten Sicherheit und erfüllen gleichzeitig die Anforderungen an die Reichweite. Durch Oberflächenmodifikation (z. B. Natriumphytat-Beschichtung) und Elementdotierung (z. B. Ti, Mg) ist es möglich, die thermische Runaway-Auslösetemperatur weiter zu erhöhen (von 125,9 °C auf 184,8 °C) und eine Kapazitätserhaltungsrate von 95 % (500 Zyklen) zu erreichen. Darüber hinaus behält das recycelte NCM523-Material seine hervorragende Leistung nach dem Recycling bei, z. B. haben die recycelten NCM523-Zellen mit einem Softpack eine Kapazitätserhaltungsrate von 92 % nach 1000 Zyklen. Beispielsweise erreicht die Kapazitätserhaltungsrate der recycelten NCM523-Softpack-Batterie nach 1000 Zyklen 92,7 %.

2. Energiespeichersystem (ESS): NCM523 eignet sich hervorragend für die Energiespeicherung im Netz und die Integration erneuerbarer Energien. Mit einer optimierten Verdichtungsdichte(≥3,0 g/cm3) und der Einführung von Lithium-Anreicherungsstrategien (z.B. LiYO2-Beschichtung) kann seine Energiedichte 300-350 Wh/kg für Langzyklus-Lade- und Entladeszenarien erreichen. Der Regenerationsprozess (z. B. Säureauslaugung und Co-Fällung) senkt die Kosten weiter und verbessert die Wirtschaftlichkeit, und die Entladekapazität des recycelten Materials erreicht 168,5 mAh/g (0,1C).

3. Unterhaltungselektronik: Hochspannungs-NCM523 (Grenzspannung 4,5-4,9 V) verlängert die Batterielebensdauer von Smartphones, Laptops und anderen Geräten erheblich, indem es die Freisetzung von Sauerstoff und die Zersetzung des Elektrolyten durch eine Oberflächenbeschichtung (z. B. Ceroxid) verhindert. Das modifizierte Material hat eine Kapazitätserhaltungsrate von über 80 % nach 200 Zyklen bei 4,9 V.

4. Recycling und Aufwertung von Batterien: NCM523-Abfälle können durch eine Vielzahl effizienter Verfahren regeneriert werden. Das Kugelmühlen-Sprühverfahren beispielsweise regeneriert Materialien mit einer Entladungskapazität von 159 mAh/g bei 0,1C und einer Kapazitätserhaltungsrate von 91,55 % nach 100 Zyklen. Die Schmelzsalz-Restaurierungstechnologie stellt die ursprüngliche Leistung des Materials (161,2 mAh/g bei 0,1C) wieder her, indem Lithium mit Niedertemperatur-Co-Schmelzsalzen aufgefüllt wird. Diese Verfahren sind nicht nur umweltfreundlich, sondern haben auch eine etwa 10-mal höhere Rentabilität als das herkömmliche Recycling.

5. Leistungsstarke Geräte und Hybridsysteme: Nanostrukturiertes NCM523 (z. B. walnussförmige Nanoblätter) optimiert den Lithium-Ionen-Diffusionspfad und bietet eine Kapazität von 131,23 mAh/g bei 10C-Multiplikation, was für Hochleistungsszenarien wie Elektrowerkzeuge, Drohnen usw. geeignet ist. Darüber hinaus werden von NCM abgeleitete Heterostrukturen (z. B. NiCo-MOF@MnO2/AC-Elektroden) in asymmetrischen Superkondensatoren verwendet, die sowohl eine hohe spezifische Kapazität (15,2 F /cm2) als auch eine hohe Energiedichte (1,191 mWh/cm2) aufweisen, was für hybride Energiespeichersysteme geeignet ist.

6. Hochtemperatur- und Industrieanwendungen: Die hohe Temperaturbeständigkeit des NCM523 (Sauerstofffreisetzungstemperatur >220°C) macht es geeignet für Industriemaschinen und Notstromsysteme. Durch eine Lithiumaluminat-Grenzflächenmodifikation wird die verdichtete Dichte des Materials auf 3,3 g/cm3 erhöht, wobei die Zyklenstabilität bei hohen Temperaturen erhalten bleibt.

LiNiCoMnO2 (NCM523) Beidseitig beschichtete Aluminiumfolie 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: Karton, Holzkiste, oder kundenspezifisch.

Bitte sehen Sie sich die Verpackungsdetails zu Ihrer Information an.

Herstellungsprozess

1)Prüfverfahren

(1)Analyse der chemischen Zusammensetzung - Verifiziert 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.

LiNiCoMnO2 (NCM523) Beidseitig beschichtete Aluminiumfolie FAQ

Q1. Warum wird NCM für Hochenergieanwendungen bevorzugt?

NCM bietet eine hohe Energiedichte (>400 Wh/kg) und anpassbare elektrochemische Eigenschaften. NCM811 liefert beispielsweise eine Kapazität von ~250 mAh/g, was ideal für Elektrofahrzeuge (EVs) ist. Fortschrittliche Modifikationen, wie Natriumphytat-Beschichtungen, verbessern die thermische Stabilität und verzögern das thermische Durchgehen um 45 % (von 125,9 °C auf 184,8 °C).

Q2. Was sind die Herausforderungen bei hochnickelhaltigen NCM?

Ein hoher Nickelgehalt (z. B. NCM811) erhöht die Energiedichte, birgt aber die Gefahr von Sauerstoffverlusten bei hohen Spannungen (>4,5 V), die zu Phasenübergängen und Mikrorissen führen. Zu den Lösungen gehören hochentropische Dotierungen (Ti, Mg, Nb) zur Verringerung der Dehnung (<0,5 %) und Beschichtungen zur Unterdrückung der Sauerstoffabgabe.

Q3. Welche zukünftigen Fortschritte sind zu erwarten?

Kobaltfreie Konstruktionen: Verwendung von Al oder seltenen Erden zur Kostensenkung.

Ultra-Hochspannung: Stabiler Betrieb bis zu 4,9 V mit fortschrittlichen Elektrolyten.

Hybride Systeme: NCM-basierte Superkondensatoren für schnelle Energiebereitstellung.

Verwandte Informationen

1.gängige Präparationsmethoden

Die Herstellung von beidseitig beschichteter Aluminiumfolie aus LiNiCoMnO2 (NCM523) erfolgt in einem mehrstufigen Prozess, der die Synthese des Kathodenmaterials, die Aufschlämmung und präzise Beschichtungstechniken umfasst. Das NCM523-Kathodenpulver (LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2) wird in der Regel durch Kopräzipitation hergestellt, bei der wässrige Lösungen von Nickelsulfat (NiSO4-6H2O), Kobaltsulfat (CoSO4-7H2O) und Mangansulfat (MnSO4-H2O) in einem molaren Verhältnis von 5:2:3 bei kontrolliertem pH-Wert (10-12) und Temperatur (50-60°C) gemischt werden, um eine Hydroxidvorstufe (Ni0,5Co0,2Mn0,3(OH)2) auszufällen. Dieser Vorläufer wird dann mit Lithiumhydroxid (LiOH-H2O) in einem molaren Verhältnis von 1,05:1 zwischen Lithium und Übergangsmetall gemischt und bei 900-950°C 12-15 Stunden lang unter Sauerstoffzufuhr kalziniert, um die geschichtete Oxidstruktur zu bilden.

Für die Elektrodenherstellung wird das NCM523-Pulver mit leitfähigen Kohlenstoffadditiven (z. B. 3-5 Gew.-% Super P) und einem in N-Methyl-2-pyrrolidon (NMP) gelösten Polyvinylidenfluorid (PVDF)-Bindemittel kombiniert, um eine homogene Aufschlämmung zu bilden. Die Aufschlämmung wird gleichmäßig auf beide Seiten einer vorbehandelten Aluminiumfolie (10-20 μm Dicke) mittels Schlitzdüsenbeschichtung oder Rakeltechniken aufgetragen, wodurch eine präzise Kontrolle der Beschichtungsdicke (50-120 μm pro Seite) gewährleistet wird. Die beschichtete Folie wird bei 80-120°C getrocknet, um Lösungsmittel zu entfernen, und anschließend unter 5-10 MPa Druck kalandriert, um die Elektrodendichte (≥3,4 g/cm³) und die Haftungzu verbessern. Zu den wichtigsten Innovationen gehören die Plasmabehandlung oder das chemische Ätzen der Aluminiumoberfläche, um die Benetzbarkeit des Schlickers und die Grenzflächenhaftung zu verbessern, sowie das thermische Tempern (200-300 °C) nach der Beschichtung, um Eigenspannungen zu verringern und die Kathodenschicht zu stabilisieren.

Fortschrittliche Methoden wie die Hochentropie-Dotierung (z. B. Ti, Mg, Nb) während der Synthese der Ausgangsstoffe verbessern die Gitterstabilität, während die Atomlagenabscheidung (ALD) von Al2O3 oder nasschemische Beschichtungen (z. B. Natriumphytat) zur Unterdrückung der Sauerstofffreisetzung und der Zersetzung des Elektrolyten eingesetzt werden. Die Qualitätssicherung umfasst die Überwachung der Laserdicke (±1,5 μm Toleranz) und die Prüfung der Schälfestigkeit (>2,0 N/cm), um Gleichmäßigkeit und mechanische Beständigkeit zu gewährleisten. Dieses Verfahren bietet ein ausgewogenes Verhältnis zwischen Skalierbarkeit und Leistung und ermöglicht die Massenproduktion von Elektroden mit hoher Energiedichte für Anwendungen, die eine robuste elektrochemische und thermische Stabilität erfordern.