陰極前驅體

• 鎳鈷錳 (NCM) 和鎳鈷鋁 (NCA) 前驅體
  NCM 和 NCA 是業界最廣為使用的陰極材料，在電動汽車領域更是極受歡迎。這些材料的前驅體是混合氫氧化物，對於 NCM 來說，表示為 Ni_xCo_yMn_(1-x-y)(OH)₂，而對於 NCA 則表示為 Ni_xCo_yAl_(1-x-y)(OH)₂ 。
  
  
• 鈷酸鋰 (LCO) 前驅體
  鈷酸鋰 (LiCoO₂) 廣泛應用於便攜式電子產品。將前驅體氧化鈷 (Co₃O₄) 與碳酸鋰或氫氧化鋰加工，以生產最終的陰極材料。 
  
  
• 磷酸鐵鋰 (LFP) 前驅體
  用於電動車電池的磷酸鐵鋰 (LiFePO₄) 陰極源自於磷酸鐵 (FePO₄) 前驅體。 
  
  
• 錳酸鋰 (LMO) 前驅體
  氧化錳 (Mn₃O₄) 是錳酸鋰 (LiMn₂O₄) 的前驅體，這種材料以其高倍率效能和良好的熱穩定性著稱，通常用於混合動力車輛和電動工具。 
  
  
• 高鎳前驅體
  隨著電池能量密度的需求不斷提升，高鎳前驅體日益受到青睞。這些前驅體通常以含有不同量摻雜劑的 Ni(OH)₂ 為代表，用於生產高鎳含量的陰極材料。 

合成陰極前驅體最常見的方法是共沉澱，即將金屬鹽的水溶液混合以形成液體前驅體。將氫氧化鈉 (NaOH) 或氫氧化銨 (NH₄OH) 等沉澱劑加入溶液中，使金屬以氫氧化物的形式沉澱出來。 

共沉澱是一個緩慢的過程 – 最初是成核，接著是初級粒子的成長，最後則會團聚形成更大的次級粒子。整個過程可能需要 20 到 40 小時，具體取決於製程效率。 

謹慎控制溶液的溫度、pH 值、濃度和攪拌速度，以確保沉澱物的顆粒大小和成分組成均勻。沉澱產物通常是混合金屬氫氧化物或碳酸鹽，例如用於 NCM 前驅體的 NixCoyMn_(1-x-y)(OH)₂。然後將這些前驅體與 LiOH 混合，並在 900^oC 下煅燒，以製成最終的陰極材料。此過程的示意圖如下所示。

許多參數 (包括漿體成分、pH 值、溫度和攪拌速度) 都會影響共沉澱效率。最佳化這些參數對於電池陰極前驅體材料的品質和產量可發揮關鍵作用。我們提供一系列分析解決方案，用於即時監測和控制這些參數，以提高共沉澱過程的效率。此外，我們的解決方案還能協助您確保前驅體材料具備所需特性，可進一步加工為活性陰極材料。

測量和控制下列參數即可最佳化陰極前驅體的品質和產量：

• 顆粒大小
• 顆粒形狀
• 化學成分與雜質
  
• 晶相分析
  
• Zeta 電位
  

請參閱下方資訊，進一步瞭解每一個參數。

前驅體粒子會成核、成長，然後團聚形成更大的次級粒子。這些粒子應在最短的時間內成長到超越目標尺寸，以確保最高的生產效率。因此，長期測量顆粒大小是微調漿體反應器製程參數的重要方法。

雷射繞射是準確測量顆粒大小分佈以進行製程和品質控制的最佳方法之一。Mastersizer 3000 深受到全球電池和電池材料製造商的信賴，並已成為顆粒大小分析的業界標準。 

Mastersizer 系列的雷射繞射粒徑分析儀樹立了業界的標準，其可快速準確地提供濕式及乾式分散系統的粒徑分佈。推出配備 Size Sure 和 Data Quality Guidance 等先進功能的全新 Mastersizer 3000+ 後，這款儀器的表現更為出色。

我們的線上自動化 Insitec 粒徑分析儀非常適合在生產環境中進行這些測量，能夠每隔幾秒提供一次即時分析。 

若使用反饋迴路，即可將這項資訊用於調整 pH、溫度或攪拌速度等參數。 

除此之外，它還可以確保與智慧製程的協同效應。這樣做可帶來高回報：一家製造廠每天通常可生產 1000 公斤陰極材料，若使用 Insitec 分析前驅體漿體顆粒大小，則每年可節省高達 200,000 美元。

顆粒形狀在穩定次級粒子的形成中扮演重要的角色，並且能夠顯著影響前驅體的產量 (振實密度) 以及最終陰極材料的品質。例如，細長形顆粒更容易在高速攪拌的漿體中粉碎並重新溶解。

為了使製造商能夠分析和最佳化顆粒形狀，我們的 Morphologi 4 光學成像工具可透過其全自動成像分析技術來測量真圓度、伸長量/長寬比、圓形等效 (CE) 直徑和透明度等參數。

為了讓最終陰極材料達到最佳的分析化學組成，首先必須在前驅體階段進行控制。X 光螢光 (XRF) 能夠分析從幾 ppm 到 100% 的化學成分和雜質，是分析分析化學組成的最佳技術。

XRF 提供了一種比感應耦合電漿 (ICP) 質譜儀更簡單、更準確的量測元素組成的方式，因為它不需要任何樣品稀釋或酸消化。許多頂尖電池公司都使用我們的桌上型 Epsilon 4 EDXRF 或 Zetium WDXRF 光譜儀來分析其前驅體和陰極材料的成分組成。 

我們全新的 Revontium 先進 EDXRF 系統可和這些系統相輔相成。結合電池參考標準和 Forj/Egon 2 熔融系統以及專業知識，令我們得以提供可媲美甚至超越 ICP 分析的精確度與準確度的完整解決方案。

線上元素組成分析解決方案包括用於電池液體前驅體的 Epsilon Xflow 以及用於分析電極塗層的 Epsilon Xline。 

晶相是指材料在原子尺度上的結構 – 這是離子或電子傳輸發生或受阻的尺度。前驅體的晶相組成可以提前指出最終陰極材料的品質。 

製造商可以使用我們的 Aeris 精巧型多功能 X 光繞射儀 (XRD)，這是一款操作簡單且資料品質卓越的儀器，可用來準確分析陰極前驅體材料的晶相組成。

陰極前驅體溶液中粒子的沉澱是利用初級粒子 (50-100 nm) 進行交互作用以形成更大的次級粒子 (10-20 µm)。Zeta 電位可用於分析和調整 pH 值和溫度值，以最佳化這些交互作用。 

我們的 Zetasizer 能夠準確測量 Zeta 電位，並且還能在前驅體合成的研發過程中提供輔助。