Disque d'électrode cathodique à revêtement simple face LiNiCoMnO2 (NCM111) Description
LiNiCoMnO2 (NCM) est un matériau cathodique d'oxyde en couches caractérisé par sa structure cristallographique dans le groupe spatial *R-3m*, formant un réseau hexagonal qui permet une diffusion efficace des ions lithium pendant le cycle électrochimique. Le matériau intègre des oxydes de lithium, de nickel, de cobalt et de manganèse, les rapports des métaux de transition (par exemple, Ni : Co : Mn = 1:1:1 dans NCM111) influençant directement son comportement électrochimique. Les variantes à plus forte teneur en nickel, comme le NCM811 (LiNi0,8Co0,1Mn0,1O2), privilégient la densité énergétique (~250 mAh/g) mais sont confrontées à des problèmes tels que la perte d'oxygène à des températures élevées et l'instabilité du réseau pendant le cyclage. Le cadre α-NaFeO2 en couches offre des voies accessibles pour la migration des ions lithium, bien que les mécanismes de dégradation structurelle, tels que les transitions de phase (par exemple,O3→O1) et la formation de microfissures due à des changements de volume anisotropes (déformation de ~5%), restent des limitations critiques.
Des modifications avancées permettent de résoudre ces problèmes en stabilisant l'architecture atomique du matériau. Les revêtements de surface, tels que le phytate de sodium (PN), forment des barrières protectrices qui atténuent la décomposition de l'électrolyte et suppriment la libération d'oxygène à des tensions élevées (jusqu'à 4,6 V), ce qui retarde considérablement les températures d'apparition de l'emballement thermique (de 125,9°C à 184,8°C). Les stratégies de dopage à forte entropie - incorporant des éléments tels que le titane, le magnésium et le niobium dans le réseau cristallin - améliorent la résistance mécanique en réduisant la déformation axiale (<0,5 %) et en empêchant la propagation des fissures, ce qui permet d'obtenir un comportement "sans déformation" qui préserve l'intégrité structurelle sur des cycles prolongés (par exemple, rétention de 95 % de la capacité après 500 cycles)5 , 95 % de rétention de la capacité après 500 cycles)5. Les techniques de nanostructuration, telles que les nanofeuillets en forme de noix avec des facettes actives {010} exposées, optimisent la cinétique du transport des ions, réduisant la résistance interfaciale et améliorant le taux de performance (par exemple, 131,23 mAh/g à 10C).
La stabilité thermique est encore améliorée par un double dopage ionique (par exemple, fluor et soufre), qui renforce les structures d'oxygène et supprime la perte d'oxygène, ce qui permet aux variantes à haute capacité de conserver des propriétés thermiques robustes. Par exemple, le NCM dopé à l'entropie présente des températures d'emballement thermique comparables à celles des variantes de NCM à faible teneur en nickel, ce qui constitue un progrès essentiel en matière de sécurité. Sur le plan chimique, la stabilité du matériau est attribuée aux effets synergiques de multiples dopants, qui piègent les défauts d'oxygène et inhibent les transitions de phase néfastes, garantissant une durabilité électrochimique à long terme, même en cas de fonctionnement à haute tension (4,6-4,9 V). Ces innovations positionnent collectivement le NCM comme une plateforme chimiquement ajustable, équilibrant la densité énergétique avec la résilience structurelle et thermique pour les systèmes de stockage d'énergie de la prochaine génération.
Disque d'électrode cathodique à revêtement simple face LiNiCoMnO2 (NCM111) Applications
1. Véhicules électriques (VE) : Le NCM est un matériau cathodique essentiel pour les batteries d'alimentation des véhicules électriques. Les variantes à forte teneur en nickel comme le NCM811 (LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2) améliorent la stabilité thermique et la durée de vie grâce à des modifications de surface (par exemple, des revêtements de phytate de sodium) et au dopage élémentaire (par exemple, Ti, Mg, Nb). Les piles à poche NCM811 modifiées présentent une augmentation de 45% de la température d'emballement thermique (de 125,9°C à 184,8°C) et une meilleure rétention de la capacité après 700 cycles à 4,6V. Les matériaux NCM111 recyclés font preuve d'une longévité exceptionnelle, avec une rétention de capacité de 70 % sur 11 600 cycles dans les cellules à poche de 1 Ah, surpassant les performances des homologues commerciaux.
2. Systèmes de stockage d'énergie (ESS) : Les matériaux à base de NCM, tels que les cathodes au manganèse riches en lithium (Li1.2Ni0.2Mn0.6O2), sont idéaux pour le stockage de l'énergie à l'échelle du réseau en raison de leur capacité élevée (>250 mAh/g) et de leur faible coût. Une densité de compactage optimisée(≥3,0 g/cm3) et des stratégies d'amélioration du lithium (par exemple, les revêtements LiYO2) augmentent la densité énergétique à 400 Wh/kg, améliorant la viabilité économique de l'intégration des énergies renouvelables.
3. Dispositifs de haute puissance : Les matériaux NCM nanostructurés, tels que les nanofeuillets en forme de noix avec des facettes actives {010} exposées, améliorent la cinétique de diffusion de l'ion lithium, fournissant 131,23 mAh/g à des taux de décharge de 10 C. Ces matériaux sont essentiels pour les outils électriques, les drones et les véhicules de transport. Ces éléments sont essentiels pour les outils électriques, les drones et les véhicules électriques hybrides. La synthèse du NCM111 assistée par le sulfate d'ammonium améliore encore la capacité de décharge en optimisant les structures des pores et en minimisant le mélange des cations Li/Ni.
4. Électronique grand public : Les variantes de NCM à haute tension (jusqu'à 4,9 V de coupure) avec des revêtements d'oxyde de cérium (CeO2) suppriment le dégagement d'oxygène et la décomposition de l'électrolyte, prolongeant ainsi la durée de vie des batteries de smartphones, d'ordinateurs portables et d'appareils portatifs. Le NCM modifié maintient un cycle stable même à 4,9 V, ce qui améliore considérablement la conservation de la capacité.
5. Recyclage et valorisation des batteries : Les processus de recyclage en boucle fermée régénèrent le NCM à partir des batteries usagées, avec des performances souvent supérieures à celles des matériaux vierges. Les piles à poche NCM111 recyclées atteignent plus de 11 600 cycles avec une rétention de capacité de 70 %, tandis que la NCM111 monocristalline améliorée à partir de LiCoO₂ recyclé offre 159 mAh/g (0,1C) et une rétention de 82,1 % après 200 cycles, ce qui est compatible avec les normes commerciales.
6. Supercondensateurs et systèmes hybrides : Les hétérostructures dérivées de la NCM (par exemple, les électrodes NiCo-MOF@MnO2/AC) permettent d'obtenir des supercondensateurs asymétriques avec une capacité spécifique élevée (15,2 F/cm2) et une densité d'énergie (1,191 mWh/cm2), adaptés à la fourniture rapide d'énergie dans les systèmes hybrides.
Disque d'électrode cathodique à revêtement simple face LiNiCoMnO2 (NCM111) Emballage
Nos produits sont emballés dans des cartons personnalisés de différentes tailles en fonction des dimensions du matériau. Les petits articles sont solidement emballés dans des boîtes en PP, tandis que les articles plus volumineux sont placés dans des caisses en bois personnalisées. Nous veillons à respecter strictement la personnalisation de l'emballage et à utiliser des matériaux de rembourrage appropriés pour assurer une protection optimale pendant le transport.
Emballage : Stockage dans une boîte à vide, un four à vide ou une boîte à gants pour éviter toute dégradation. Carton, boîte en bois ou sur mesure.
Veuillez consulter les détails de l'emballage fournis à titre de référence.
Processus de fabrication
1.méthode d'essai
(1)Analyse de la composition chimique - vérifiée à l'aide de techniques telles que GDMS ou XRF pour garantir la conformité aux exigences de pureté.
(2)Essai des propriétés mécaniques - Comprend des essais de résistance à la traction, de limite d'élasticité et d'allongement pour évaluer les performances du matériau.
(3)Contrôle dimensionnel - Mesure de l'épaisseur, de la largeur et de la longueur pour s'assurer du respect des tolérances spécifiées.
(4)Contrôle de la qualité de la surface - recherche de défauts tels que des rayures, des fissures ou des inclusions par un examen visuel et ultrasonique.
(5)Essai de dureté - Détermination de la dureté du matériau pour confirmer l'uniformité et la fiabilité mécanique.
Veuillez vous référer aux procédures d'essaiSAM pour des informations détaillées.
Disques d'électrodes cathodiques à revêtement simple face LiNiCoMnO2 (NCM111) FAQs
Q1. Pourquoi une teneur élevée en nickel est-elle utilisée dans les NCM ?
Les variantes à forte teneur en nickel (par exemple, NCM811) augmentent la densité énergétique (~250 mAh/g) mais sont confrontées à des problèmes tels que la perte d'oxygène à des tensions élevées (>4,5 V) et la dégradation structurelle. Des innovations telles que les revêtements de surface (par exemple, le phytate de sodium) et le dopage (par exemple, Ti, Mg) atténuent ces problèmes et améliorent la stabilité thermique et la durée de vie.
Q2. Comment le NCM améliore-t-il la sécurité des batteries ?
Des modifications telles que les revêtements de phytate de sodium retardent de 45 % les températures de début d'emballement thermique (125,9 °C→ 184,8 °C), tandis que le dopage à haute entropie réduit la déformation du réseau (< 0,5 %) pour éviter les fissures. Ces stratégies garantissent l'intégrité structurelle même dans des conditions extrêmes.
Q3. Comment le NCM se compare-t-il aux cathodes LFP ou LCO ?
La NCM offre une densité énergétique plus élevée que le phosphate de fer lithié (LFP), mais nécessite une stabilisation pour des raisons de sécurité. Par rapport à l'oxyde de lithium et de cobalt (LCO), il réduit la dépendance au cobalt et les coûts tout en maintenant les performances.
Informations connexes
1)Méthodes de préparation courantes
Les matériaux cathodiques LiNiCoMnO2 (NCM) sont synthétisés à l'aide de techniques telles que la réaction à l'état solide, la co-précipitation et les méthodes sol-gel, chacune étant conçue pour obtenir un contrôle stœchiométrique précis et une homogénéité structurelle. La réaction à l'état solide implique le mélange mécanique de sels de lithium (par exemple, LiOH ou Li2CO3) avec des oxydes de métaux de transition (NiO, Co3O4, MnO2), suivi d'une calcination à haute température (800-1000°C) dans des atmosphères riches en oxygène. Bien que rentable, cette méthode produit souvent des morphologies de particules irrégulières et un mélange incomplet des cations, ce qui nécessite des traitements post-synthèse tels que le broyage à billes ou le recuit secondaire pour affiner la cristallinité.
La co-précipitation, largement utilisée pour la production à l'échelle industrielle, génère des précurseurs uniformes en précipitant des hydroxydes de métaux de transition (NiCoMn(OH)2) à partir de solutions aqueuses de nitrate/sulfate de métaux sous contrôle du pH (10-12) et de la température (50-60°C). Le précurseur est ensuite lithié et fritté pour former des structures NCM en couches, permettant un contrôle précis de la taille des particules (5-15 μm) et de la distribution des cations. Des variantes avancées, telles que la co-précipitation assistée par l'ammoniac, minimisent la teneur résiduelle en alcali (<0,1 % en poids) et améliorent l'uniformité de la composition.
La synthèse sol-gel permet d'obtenir une homogénéité au niveau atomique en chélatant les ions métalliques (Ni2+, Co2+, Mn2+) avec des ligands organiques (par exemple, l'acide citrique) pour former un gel polymère, qui se décompose en MNC nanostructurés (par exemple, des nanofeuillets, des cadres poreux) pendant la calcination à basse température (600-800°C). Les modifications apportées après la synthèse, notamment le dépôt de couches atomiques (ALD) d'Al2O3 ou le revêtement chimique humide de phytate de sodium (PN), stabilisent la surface du matériau contre la décomposition de l'électrolyte et la libération d'oxygène.
Les méthodes émergentes telles que la synthèse de sels fondus et la pyrolyse par pulvérisation produisent des particules de NCM monocristallines dont les joints de grains sont réduits au minimum, ce qui atténue efficacement la formation de microfissures pendant le cyclage. Les stratégies de dopage à forte entropie, qui incorporent des éléments tels que Ti, Mg et Nb pendant la synthèse des précurseurs, renforcent la stabilité du réseau et induisent un comportement "zéro déformation" (déformation axiale <0,5 %), ce qui améliore considérablement la résilience mécanique. Ces approches équilibrent collectivement l'évolutivité, le coût et la performance, ce qui permet au NCM de répondre aux exigences des applications à haute densité énergétique tout en relevant les défis de la stabilité thermique et structurelle.
