Литий, никель, марганец, кобальт оксиды

Литий-никель-марганец-кобальт оксиды (сокращенно Li-NMC, LNMC, NMC или NCM ) - смешанные оксиды лития, никеля, марганца и кобальта. У них есть общая формула LiNi xMnyCozO2. Наиболее важные представители имеют состав с x + y + z = 1 и тесно связаны с оксидом кобальта (III) лития (LiCoO 2) и имеют подобную слоистую структуру. В настоящее время NMC являются одними из наиболее важных материалов для хранения ионов лития в литий-ионных батареях. Они используются на стороне положительного полюса, который действует как катод во время разряда.

Аккумуляторы NMC используются в большинстве электромобилей. Аккумуляторы NMC устанавливались в BMW ActiveE в 2011/2011 гг., А с 2013 г. в BMW i8. Электромобили с батареями NMC включают, по состоянию на 2020 год: Audi e-tron GE, BAIC EU5 R550, BMW i3, BYD Yuan EV535, Chevrolet Bolt, Hyundai. Kona Electric, Jaguar I-Pace, Jiangling Motors JMC E200L, NIO ES6, Nissan Leaf S Plus, Renault ZOE, Roewe Ei5, VW e-Golf и VW ID. 3. Лишь несколько производителей электромобилей не используют NMC в своих тяговых аккумуляторах. Наиболее важным исключением является Tesla, поскольку Tesla использует батареи NCA для своих автомобилей. Однако считается, что домашнее хранилище Tesla Powerwall основано на NMC.

NMC также используется для мобильной электроники, такой как мобильные телефоны / смартфоны, ноутбуки в большинстве аккумуляторов Pedelec.. Для этих применений батареи с оксидом лития-кобальта LCO все еще использовались почти исключительно в 2008 году. Другим применением аккумуляторов NMC являются аккумуляторные электростанции. В Корее, например, в 2016 году были установлены две такие системы хранения с NMC для регулирования частоты: одна мощностью 16 МВт и 6 МВтч энергии, а другая - 24 МВт и 9 МВтч. В 2017/2018 гг. В Ньюмане, австралийский штат Западная Австралия, была установлена ​​и введена в эксплуатацию аккумуляторная батарея мощностью более 30 МВт и 11 МВт-ч..

Напряжение литий-ионного элемента батареи с NMC составляет 3,6–3,7 В. Manthiram обнаружил, что ограничения емкости этих слоистых оксидных катодов являются результатом химической нестабильности, что можно понять, исходя из относительного положения металлической 3d-полосы относительно верха полосы кислорода 2p. Это открытие имело важные последствия для практически доступного композиционного пространства литий-ионных батарей, а также их стабильности с точки зрения безопасности.

1. ^Апурба Шакти; Джереми Дж. Мичалек; Эрика Р. Х. Фукс; Джей Ф. Уитакр (01.01.2015), «Технико-экономический анализ и оптимизация литий-ионных аккумуляторов для электрификации легковых автомобилей» (PDF), Journal of Power Sources, 273, стр. 966–980, Bibcode : 2015JPS... 273..966S, doi : 10.1016 / j.jpowsour.2014.09.078, получено 2020-02-23
2. ^Ванда Ли; Эван М. Эриксон; Арумугам Мантирам (январь 2020 г.), «Катоды из слоистого оксида с высоким содержанием никеля для автомобильных аккумуляторов на основе лития», Nature Energy, Springer Nature, 5 (1), стр. 26–34, Bibcode : 2020NatEn... 5... 26L, doi : 10.1038 / s41560-019-0513-0, ISSN 2058-7546
3. ^Захари Шахан (07.05.2015). «38 000 бронирований Tesla Powerwall менее чем за неделю (стенограмма Tesla / Илона Маска)». CleanTechnica.
4. ^«Batterie - Beschreibung von Batterietypen. Lithium-Ionen-Batterien». Вперед, Педелец! (на немецком). energieautark consulting gmbh. 2010-10-27. Die meistverbreitteste Li-ionzelle auf dem Markt ist die Lithium-Nickel-Mangan-Kobalt-Oxid-Zelle (Li-NMC) с номинальным напряжением от 3,6 В до цели.
5. ^Юрген Гарче, Клаус Брандт (2018) Электрохимические источники энергии: основы, системы и приложения: безопасность литиевых батарей (1-е изд.), Амстердам, Нидерланды: Elsevier, стр. 128, ISBN 978-0-444-64008-6, получено 23 февраля 2020 г.
6. ^Себастьен Пату; Лукас Санниер; Элен Линье; Иван Рейнир; Кэрол Бурбон; Северин Жуано; Фредерик Ле Кра; Себастьен Мартине (май 2008 г.), «Высоковольтные оксиды никель-марганцевой шпинели для литий-ионных аккумуляторов», Electrochimica Acta, 53 (12), стр. 4137–4145, doi : 10.1016 / j.electacta.2007.12.054
7. ^Кокам (07.03.2016). «Проект накопителя энергии Kokam мощностью 56 мегаватт включает самую большую в мире систему накопления энергии NMC лития для регулирования частоты». PR Newswire. PR Newswire Association LLC.
8. ^Джайлз Паркинсон (12.08.2019). «Алинта ожидает окупаемости менее 5 лет за несубсидированную большую батарею в Ньюмане». RenewEconomy.
9. ^«Поставщик решений для хранения энергии» (PDF).
10. ^Питер Миллер (2015), «Автомобильные литий-ионные аккумуляторы», Johnson Matthey Technology Review, 59 (1), pp. 4–13, doi : 10.1595 / 205651315X685445
11. ^Chebiam, RV; Каннан, А. М.; Prado, F.; Мантирам, А. (2001). «Сравнение химической стабильности катодов с высокой плотностью энергии литий-ионных аккумуляторов». Электрохимические коммуникации. 3 : 624–627. doi : 10.1016 / S1388-2481 (01) 00232-6.
12. ^Chebiam, R.V.; Prado, F.; Мантирам, А. (2001). «Мягкий химический синтез и характеристика слоистого Li 1-x Ni 1-y CoyO2-δ (0 ≤ x ≤ 1 и 0 ≤ y ≤ 1)». Химия материалов. 13 : 2951–2957. doi : 10,1021 / cm0102537.
13. ^Мантирам, Арумугам (2020). «Размышление о химии катода литий-ионной батареи». Nature Communications. 11. doi :10.1038/s41467-020-15355-0.