NMC532 (NCM523) là vật liệu pin tiên tiến, kiểm soát chính xác tỷ lệ niken, mangan và coban ở mức 5:2:3, được thiết kế để cân bằng mật độ năng lượng, tuổi thọ chu kỳ, độ an toàn và chi phí. Hiện nay, đây là một trong những vật liệu tam phân được sử dụng rộng rãi và có công nghệ tiên tiến nhất trên thị trường.
1. Cấu trúc và nguyên lý hoạt động củaNMC532
NMC532 sở hữu cấu trúc phân lớp kiểu α-NaFeO₂. Trong cấu trúc này:
Các ion lithium nằm giữa các lớp.
Các ion niken, mangan và coban, cùng với các ion oxy, tạo thành cấu trúc phân lớp.
Trong quá trình sạc pin, các ion lithium được chiết xuất từ lớp xen kẽ, đi qua chất điện phân và xen kẽ vào cực dương (thường là than chì). Trong quá trình xả, quá trình này diễn ra ngược lại. Niken và coban trải qua quá trình thay đổi trạng thái oxy hóa trong quá trình này, đóng vai trò là các chất hoạt động điện hóa chính, chịu trách nhiệm cung cấp dung lượng và độ dẫn điện.
2. Các tính năng và ưu điểm chính
NCM523 được ưa chuộng vì đạt được sự cân bằng tuyệt vời trong một số chỉ số hiệu suất chính:
Mật độ năng lượng cao: Nhờ hàm lượng niken 50%, pin có dung lượng có thể đảo ngược cao (thường từ 155-165 mAh/g), cho phép pin lưu trữ nhiều năng lượng hơn.
Tuổi thọ chu kỳ tuyệt vời: Sự hiện diện của mangan (Mn) giúp ổn định cấu trúc tinh thể của vật liệu, trong khi coban (Co) tăng cường độ dẫn điện và hiệu suất tốc độ của vật liệu. Hiệu ứng cộng hưởng của ba thành phần này đảm bảo pin duy trì dung lượng cao ngay cả sau nhiều chu kỳ sạc-xả.
Nâng cao tính an toàn: So với NCM có hàm lượng niken cao hơn (như NCM811), NCM523 có khả năng phản ứng thấp hơn, độ ổn định nhiệt tốt hơn và độ ổn định cấu trúc được cải thiện, do đó giảm nguy cơ mất kiểm soát nhiệt.
Hiệu suất tốc độ tuyệt vời: Có khả năng hỗ trợ dòng điện sạc và xả cao để đáp ứng yêu cầu sạc nhanh.
Hiệu quả về chi phí: So với NCM111 hoặc NCM622 có hàm lượng coban cao hơn, cũng như NCM811 - có mật độ năng lượng cao hơn nhưng liên quan đến các quy trình phức tạp và yêu cầu sản xuất nghiêm ngặt - NCM523 đạt được sự cân bằng tối ưu giữa chi phí vật liệu và quy trình sản xuất, mang lại hiệu suất chi phí cao.
3. Các lĩnh vực ứng dụng điển hình
Vật liệu này chủ yếu được sử dụng trong các lĩnh vực đòi hỏi mật độ năng lượng cao và tuổi thọ dài, bao gồm:
Xe điện: Vật liệu catốt được ưa chuộng cho pin điện của nhiều mẫu xe điện thông dụng.
Xe đạp/xe máy điện: Có độ bền lâu dài và hiệu suất đáng tin cậy.
Các hệ thống lưu trữ năng lượng quy mô lớn, chẳng hạn như lưu trữ năng lượng lưới điện và lưu trữ năng lượng gia đình, đòi hỏi các yêu cầu cực kỳ cao về vòng đời và độ an toàn.
Đồ điện tử tiêu dùng cao cấp: chẳng hạn như máy tính xách tay, máy bay không người lái và dụng cụ điện cao cấp.
Sản xuất và những thách thức của NMC532
Quy trình tổng hợp: Tiền chất (Ni ₀) chủ yếu được điều chế bằng phương pháp đồng kết tủa ₅Mn₀. ₃Co₀. ₂) (OH) ₂, sau đó được thiêu kết ở trạng thái rắn ở nhiệt độ cao với muối liti (như Li ₂ CO ∝ hoặc LiOH).
4. Thách thức kỹ thuật:
Phân bổ đồng đều các nguyên tố: Đảm bảo trộn đều niken, mangan và coban ở cấp độ nguyên tử trong vật liệu là rất quan trọng, vì bất kỳ sự phân tách nào cũng có thể dẫn đến suy giảm hiệu suất cục bộ.
Sửa đổi bề mặt: Để cải thiện hiệu suất hơn nữa, các hạt NMC532 thường được phủ bề mặt (như Al ₂ O ∝, ZrO ₂) để ngăn chặn các phản ứng phụ và sự rò rỉ kim loại chuyển tiếp.
Kiểm soát quá trình trộn cation: Bằng cách kiểm soát chính xác nhiệt độ thiêu kết và bầu khí quyển, hiệu ứng ổn định của coban được tối đa hóa và quá trình trộn niken được ngăn chặn.
5. Vị trí của NMC532 trong Lộ trình Công nghệ NMC
Con đường phát triển của vật liệu catốt NMC rất rõ ràng: liên tục tăng hàm lượng niken và giảm hàm lượng coban.
Con đường tiến hóa:
NMC111 (1:1:1) → NMC332 (5:3:2) → NMC622 (6:2:2) → NMC811 (8:1:1) → NCMA (niken coban mangan nhôm, hàm lượng niken 90%)
Trên con đường này, NMC532 là một điểm chuyển tiếp và cân bằng quan trọng. Nó đã thành công trong việc nâng mật độ năng lượng lên một tầm cao mới trong khi vẫn duy trì độ an toàn và vòng đời chấp nhận được, đặt nền tảng công nghệ và thị trường cho sự phát triển hướng tới các công thức niken cao hơn.
