سنتز پیش ماده هیدروکسیدی Ni0.8Mn0.1Co0.1(OH)2 و مدل سازی اثر pH بر سرعت جوانه زنی ذرات

مواد کاتدی اکسیدی لایه ای غنی از نیکل LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2 (NCM) به دلیل چگالی انرژی و ظرفیت بالا به طور فزاینده ای در صنعت خودروهای الکتریکی مورد توجه قرار دارند. با وجود این، با افزایش مقدار نیکل،  واکنش شیمیایی لایه سطحی و اختلاط کاتیونی Li+/Ni2+افزایش و پایداری ساختاری و حرارتی ماده کاتدی کاهش می یابد. راهبرد تک کریستالیزاسیون ذرات می تواند پایداری ساختاری و عملکرد الکتروشیمیایی مواد کاتدی را بهبود بخشد، ولی سازوکار آن کاملا شناخته شده نیست. در این پژوهش، با ارایه مدلی محاسباتی، نشان می دهیم که سرعت جوانه زنی ذرات هیدروکسیدی با کاهش pH و کنترل نسبت فوق اشباع کاهش می یابد و درنتیجه تعداد جوانه های تشکیل شده کم می شود. براساس نتایج این مدل، تعداد جوانه های هیدروکسیدی تشکیل شده در پایان سنتز هم رسوبی در pH 5/11، 11 و 5/10 به ترتیب 73/5، 3/4 و 27/2 برابر تعداد جوانه های تشکیل شده در سنتز هم رسوبی در pH 10 است. لذا، با کاهش مقدار pH در حین فرایند سنتز از 5/11 به 10، به ریزذرات تولیدشده در سیستم اجازه داده می شود تا به طور کامل به کریستال های بزرگ تر تبدیل شوند و به سمت تک کریستال شدن تمایل یابند و مشکلات فصل مشترک کاتد/الکترولیت در آن ها کاهش یابد. نتایج حاصل از این مدل می تواند نتایج تجربی پژوهش هایی را که مواد کاتدی تک کریستال سنتز کرده اند توجیه کند.