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正極材料鋰鎳鈷錳氧化物製造技術與設備改良發展

The Process Development and Manufacturing Equipment for Lithium Nickel Cobalt Manganese Oxide

2018/02/05

  • 電子產業供應鏈上游材料
  • 電池應用市場與技術

三元材料鋰鎳鈷錳氧化物(lithium nickel cobalt manganese oxide, NCM)具有高克電容量且價格合適的優點,是2017年產量最多的正極材料。常用製程方法為利用共沉澱法合成鎳鈷錳氫氧化物之前驅物,再混合鋰鹽進行燒結。材料性能的優劣取決於前驅物的品質與燒結過程,目前反應過程或反應釜仍有諸多缺點需要改善。當NCM中鎳比例增高時,可提高克電容量並且降低成本,但卻會引起其他問題,因此需透過與其他正極材料混合、摻雜改性、包覆改性或殼層(core-shell)結構等方法改善。正極材料廠商除了要能掌控前驅物合成與燒結時的條件,若為高鎳化NCM(Ni占比≥60%)時,也要藉由摻雜改性、包覆或殼層結構改善性能。

【內容大綱】

  • 一、結合共沉澱法與高溫固相法為目前鋰鎳鈷錳氧化物的主流製程技術
  • 二、前驅物內的堆疊結構與粒徑皆會影響材料性能,可經由改善合成條件與反應釜提高材料性能
    • (一) 良好的前驅物結構可幫助鋰離子擴散,進而增加倍率性能
    • (二) 反應釜攪拌強度要兼顧前驅物晶體成長與原料分散均勻,需在維持晶體成長情況下,改善分散性
    • (三) 高產能的連續式反應會有粒徑不一致的缺點,需藉由設備改良解決
  • 三、對於高鎳化的NCM,若設備可提供富氧環境,則可減少雜質相的產生,提高性能
  • 四、藉由摻雜改性或殼層結構增強NCM的高溫性能與循環性能
  • 五、IEKView:廠商可藉改善合成流程與設備,增加材料倍率性能與解決粒徑不一致等問題

【圖表大綱】

  • 圖1、合成NCM前驅物之共沉澱法流程
  • 圖2、前驅物與鋰鹽高溫燒結成NCM材料之流程
  • 圖3、NCM晶體結構示意圖
  • 圖4、前驅物堆疊結構影響倍率性能概念
  • 圖5、共沉澱反應釜之示意圖
  • 圖6、改善攪拌器以及增設擋板與導流筒之反應釜示意圖
  • 圖7、包覆改性與殼層(core-shell)結構示意圖

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