AC6752 LiNiCoMnO2 (NCM111) 片面コート正極電極ディスク

LiNiCoMnO2(NCM111)片面コートカソード電極ディスクの説明

LiNiCoMnO2（NCM）は、*R-3m*空間群の結晶構造によって特徴付けられる層状酸化物正極材料であり、電気化学サイクル中に効率的なリチウムイオン拡散を可能にする六方格子を形成する。この材料は、リチウム、ニッケル、コバルト、マンガンの酸化物を統合しており、遷移金属比（例えば、NCM111ではNi：Co：Mn＝1：1：1）が電気化学的挙動に直接影響する。NCM811（LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2）のようなニッケル含有量の高い変種は、エネルギー密度（～250mAh/g）を優先するが、高温での酸素損失やサイクル中の格子不安定性のような課題に直面している。層状α-NaFeO2骨格は、リチウムイオン移動のためのアクセス可能な経路を提供するが、相転移（例えば、O3→O1）や異方的な体積変化（～5％ひずみ）によるマイクロクラック形成などの構造劣化メカニズムは、依然として重大な制限である。

高度な改質は、材料の原子構造を安定化させることでこれらの問題に対処する。フィチン酸ナトリウム（PN）などの表面コーティングは、電解液の分解を緩和し、高電圧（最大4.6V）での酸素放出を抑制する保護バリアを形成し、熱暴走の開始温度（125.9℃から184.8℃）を大幅に遅らせる。チタン、マグネシウム、ニオブなどの元素を結晶格子に組み込む高エントロピー・ドーピング戦略は、軸方向のひずみ（0.5%未満）を低減し、亀裂の伝播を防止することで機械的弾力性を高め、長時間のサイクルでも構造的完全性を維持する「ゼロひずみ」挙動を実現する（例えば、露出した{010}活性ファセットを持つクルミ型ナノシートなどのナノ構造化技術は、イオン輸送動態を最適化し、界面抵抗を低下させ、レート性能を向上させる（例えば、10℃で131.23 mAh/g）。

熱安定性は、酸素骨格を強化し、酸素損失を抑制する二重アニオンドープ（フッ素と硫黄など）によりさらに向上し、高容量バリアントが強固な熱特性を維持することを可能にする。例えば、高エントロピーをドープしたNCMは、低ニッケルのNCMに匹敵する熱暴走開始温度を示し、これは安全性にとって重要な進歩である。化学的には、この材料の安定性は、酸素欠陥を捕捉し、有害な相転移を抑制する複数のドーパントの相乗効果によるもので、高電圧動作（4.6～4.9V）下でも長期的な電気化学的耐久性を確保する。これらの技術革新により、NCMは化学的に調整可能なプラットフォームとして位置づけられ、エネルギー密度と次世代のエネルギー貯蔵システムの構造的・熱的回復力のバランスをとることができる。

LiNiCoMnO2(NCM111)片面コート正極電極ディスク応用例

1.電気自動車（EV）：NCMはEV用パワーバッテリーのコア正極材料である。NCM811（LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2）のような高ニッケル変種は、表面改質（フィチン酸ナトリウムコーティングなど）や元素ドーピング（Ti、Mg、Nbなど）により、熱安定性とサイクル寿命の向上を達成している。 改質NCM811パウチセルは、熱暴走開始温度の45％上昇（125.9℃から184.8℃）と、4.6Vで700サイクル後の優れた容量保持を示す。リサイクルNCM111材料は、1Ahのパウチセルで11,600サイクルにわたって70%の容量保持率を示し、市販の同等品よりも優れた寿命を示した。

2.エネルギー貯蔵システム（ESS）：リチウムリッチ・マンガン正極（Li1.2Ni0.2Mn0.6O2）などのNCM系材料は、高容量（250mAh/g以上）で低コストであるため、グリッド規模のエネルギー貯蔵に理想的である。最適化された圧縮密度（≥3.0g/cm3）とリチウム増強戦略（LiYO2コーティングなど）により、エネルギー密度は400Wh/kgまで向上し、再生可能エネルギー統合の経済性が改善される。

3.高出力デバイス：010}活性ファセットが露出したクルミ型ナノシートなどのナノ構造NCM材料は、リチウムイオンの拡散速度を向上させ、10C放電速度で131.23mAh/gを実現する。これらは、電動工具、ドローン、ハイブリッド電気自動車に不可欠である。NCM111の硫酸アンモニウムアシスト合成は、細孔構造を最適化し、Li/Ni陽イオンの混合を最小化することにより、レート能力をさらに向上させる。

4.コンシューマー・エレクトロニクス：酸化セリウム（CeO2）コーティングを施した高電圧NCM（カットオフ4.9Vまで）は、酸素放出と電解液の分解を抑制し、スマートフォン、ノートパソコン、ウェアラブル機器の電池寿命を延ばす。改良NCMは4.9Vでも安定したサイクルを維持し、容量保持を大幅に改善する。

5.バッテリーのリサイクルとアップサイクルクローズドループリサイクルプロセスにより、使用済みバッテリーからNCMが再生され、多くの場合、バージン材料を上回る性能を発揮します。リサイクルされたNCM111パウチセルは、70%の容量保持率で11,600サイクル以上を達成し、リサイクルLiCoO₂からのアップグレードされた単結晶NCM111は、200サイクル後に159 mAh/g（0.1C）と82.1%の容量保持率を実現し、商業規格と互換性があります。

6.スーパーキャパシタとハイブリッドシステム：NCM由来のヘテロ構造（例えば、NiCo-MOF@MnO2/AC電極）は、ハイブリッドシステムにおける迅速なエネルギー供給に適した、高い比容量（15.2 F/cm2）とエネルギー密度（1.191 mWh/cm2）を持つ非対称スーパーキャパシタを可能にする。

LiNiCoMnO2(NCM111)片面コーティング正極電極ディスク包装

当社の製品は、材料の寸法に基づいて様々なサイズのカスタマイズされたカートンに梱包されています。小さな商品はPP箱にしっかりと梱包され、大きな商品は特注の木箱に入れられます。梱包のカスタマイズを厳守し、適切な緩衝材を使用することで、輸送中に最適な保護を提供します。

梱包劣化を避けるため、真空ボックス、真空オーブン、またはグローブボックスで保管します。カートン、木箱、またはカスタマイズ。

参考のため、包装の詳細をご覧ください。

製造工程

1.試験方法

(1)化学組成分析 - GDMSまたはXRFなどの技術を用いて検証し、純度要件に適合していることを確認する。

(2)機械的特性試験 - 引張強さ、降伏強さ、伸び試験を行い、材料の性能を評価する。

(3)寸法検査 - 厚さ、幅、長さを測定し、指定された公差に準拠していることを確認する。

(4)表面品質検査 - 目視および超音波検査により、傷、亀裂、介在物などの欠陥の有無を確認する。

(5)硬度試験 - 均一性と機械的信頼性を確認するため、材料の硬度を測定する。

詳細については、SAM 試験手順をご参照ください 。

LiNiCoMnO2(NCM111)片面コーティング正極電極ディスクに関するFAQ

Q1.なぜNCMに高ニッケルが使われているのですか？

高ニッケル変種（例えばNCM811）はエネルギー密度（～250 mAh/g）を向上させますが、高電圧（>4.5V）での酸素損失や構造劣化などの課題に直面します。表面コーティング（フィチン酸ナトリウムなど）やドーピング（Ti、Mgなど）のような技術革新は、これらの問題を軽減し、熱安定性とサイクル寿命を改善します。

Q2.NCMはどのように電池の安全性を高めるのですか？

フィチン酸ナトリウムコーティングのような改良は、熱暴走の開始温度を45%遅らせ（125.9℃→184.8℃）、高エントロピードーピングは格子ひずみを減らし（0.5%未満）、クラックを防ぎます。これらの戦略により、過酷な条件下でも構造的完全性が確保される。

Q3.NCMはLFPやLCOカソードと比べてどうですか？

NCMはリン酸鉄リチウム（LFP）よりも高いエネルギー密度を提供しますが、安全のために安定化が必要です。酸化コバルトリチウム（LCO）と比較すると、性能を維持しながらコバルト依存度とコストを削減できます。

関連情報

1.一般的な調製方法

LiNiCoMnO2（NCM）正極材料は、固体反応法、共沈法、ゾル-ゲル法などの手法で合成され、それぞれが精密な化学量論的制御と構造の均一性を達成するように調整されている。固体反応法では、リチウム塩（LiOHやLi2CO3など）と遷移金属酸化物（NiO、Co3O4、MnO2）を機械的に混合し、その後酸素リッチな雰囲気で高温焼成（800～1000℃）する。費用対効果は高いが、この方法では不規則な粒子形態や不完全なカチオン混合が生じることが多く、結晶性を向上させるためにボールミルや二次アニールなどの合成後の処理が必要となる。

工業規模の生産に広く用いられている共沈法は、pH（10～12）と温度（50～60℃）を制御した状態で、金属硝酸塩／硫酸塩水溶液から遷移金属水酸化物（NiCoMn(OH)2）を沈殿させることにより、均一な前駆体を生成する。その後、前駆体を石灰化して焼結し、層状NCM構造を形成することで、粒子径（5～15μm）と陽イオン分布を精密に制御することができる。アンモニアアシスト共沈法などの高度な方法では、残留アルカリを最小限に抑え（0.1wt%未満）、組成の均一性を高めることができる。

ゾル-ゲル合成は、金属イオン（Ni2+、Co2+、Mn2+）を有機配位子（クエン酸など）でキレート化してポリマーゲルを形成し、低温焼成（600～800℃）中に分解してナノ構造のNCM（ナノシート、多孔性骨格など）になることで、原子レベルの均一性を達成する。Al2O3の原子層堆積（ALD）やフィチン酸ナトリウム（PN）の湿式化学コーティングなどの合成後の修飾は、電解液の分解や酸素の放出に対して材料表面を安定化させる。

溶融塩合成や噴霧熱分解のような新しい方法は、粒界を最小限に抑えた単結晶NCM粒子を製造し、サイクル中のマイクロクラック形成を効果的に緩和する。前駆体合成時にTi、Mg、Nbなどの元素を組み込む高エントロピードーピング戦略は、格子安定性を強化し、「ゼロひずみ」挙動（軸方向ひずみ<0.5%）を誘導し、機械的弾力性を大幅に改善します。これらのアプローチは、スケーラビリティ、コスト、性能の総合的なバランスをとり、NCMが熱安定性と構造安定性の課題に対処しながら、高エネルギー密度アプリケーションの要求を満たすことを可能にする。