Литий-никель-марганец-кобальт оксиды - Lithium nickel manganese cobalt oxides

Литий-никель-марганец-кобальт оксиды (сокращенно Li-NMC, LNMC, NMC или же NCM) находятся смешанные оксиды из литий, никель, марганец и кобальт. Они имеют общую формулу LiNiИксMnуCozО2. Самые главные представители имеют композицию с Икс + у + z = 1 и тесно связаны с оксид лития-кобальта (III) (LiCoO2) 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 там на стороне положительного полюса, которая действует как катод во время выписки.

Использование электродов NMC

Audi e-tron Sportback

Батареи NMC встречаются в большинстве электромобили. Батареи NMC были установлены в BMW ActiveE в 2011/2011 гг., а с 2013 г. в BMW i8.[1] Электромобили с батареями NMC включают по состоянию на 2020 год: Audi e-tron GE, BAIC EU5 R550, BMW i3, BYD Юань 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.[2] Лишь несколько производителей электромобилей не используют NMC в своих тяговых аккумуляторах. Самым важным исключением является Тесла, поскольку Тесла использует NCA аккумуляторы для своих автомобилей. Однако домашнее хранилище Tesla Powerwall говорят[согласно кому? ] основываться на NMC.[3]

Ягуар Ай-Пейс

NMC также используется для мобильной электроники, такой как мобильные телефоны / смартфоны, ноутбуки в большинстве pedelec.[4] батареи.[5] Для этих целей в 2008 году все еще использовались почти исключительно батареи с оксидом лития-кобальта LCO.[6] Другое применение аккумуляторов NMC: 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.[7] В 2017/2018 годах в Ньюмане, австралийский штат, была установлена ​​и введена в эксплуатацию аккумуляторная батарея мощностью более 30 МВт и 11 МВтч. Западная Австралия.[8][9]

Свойства электродов NMC

Напряжение элементов ионно-литиевых батарей с NMC составляет 3,6–3,7 В.[10]Мантирам обнаружил, что ограничения емкости этих слоистых оксидных катодов являются результатом химической нестабильности, что можно понять на основе относительного положения металлической 3d-полосы относительно верхней части кислородной 2p-полосы.[11][12][13] Это открытие имело важные последствия для практически доступного композиционного пространства литий-ионных батарей, а также их стабильности с точки зрения безопасности.

Рекомендации

  1. ^ Апурба Шакти; Джереми Дж. Мичалек; Эрика Р. Х. Фукс; Джей Ф. Уайтакр (01.01.2015), «Технико-экономический анализ и оптимизация литий-ионных аккумуляторов для электрификации легковых автомобилей» (PDF), Журнал источников энергии, 273, стр. 966–980, Bibcode:2015JPS ... 273..966S, Дои: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 литиевой основе», Энергия природы, Springer Nature, 5 (1), стр. 26–34, Bibcode:2020NatEn ... 5 ... 26L, Дои:10.1038 / s41560-019-0513-0, ISSN  2058-7546
  3. ^ Захари Шахан (2015-05-07). «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) mit einer Nominalspannung von 3.6 V je Zelle.
  5. ^ Юрген Гарке, Клаус Брандт (2018), Электрохимические источники энергии: основы, системы и приложения: безопасность литиевых батарей (1-е изд.), Амстердам, Нидерланды: Elsevier, p. 128, ISBN  978-0-444-64008-6, получено 2020-02-23
  6. ^ Себастьен Пату; Лукас Санниер; Элен Линье; Иван Рейнир; Кэрол Бурбон; Северин Жуано; Фредерик Ле Кра; Себастьян Мартине (май 2008 г.), «Высоковольтные оксиды никель-марганцевой шпинели для литий-ионных аккумуляторов», Electrochimica Acta, 53 (12), стр. 4137–4145, Дои:10.1016 / j.electacta.2007.12.054
  7. ^ Кокам (07.03.2016). «Проект Kokam по хранению энергии мощностью 56 мегаватт включает в себя крупнейшую в мире систему хранения энергии с литиевым NMC для регулирования частоты». PR Newswire. ООО «Ассоциация PR Newswire».
  8. ^ Джайлз Паркинсон (12.08.2019). «Alinta ожидает окупаемости менее 5 лет за несубсидированную большую батарею в Newman». RenewEconomy.
  9. ^ «Поставщик решений для хранения энергии» (PDF).
  10. ^ Питер Миллер (2015), «Автомобильные литий-ионные аккумуляторы», Обзор технологий Johnson Matthey, 59 (1), стр. 4–13, Дои:10,1595 / 205651315X685445
  11. ^ Chebiam, R. V .; Каннан, А. М .; Prado, F .; Мантирам, А. (2001). «Сравнение химической стабильности катодов с высокой плотностью энергии литий-ионных аккумуляторов». Электрохимические коммуникации. 3: 624–627. Дои:10.1016 / S1388-2481 (01) 00232-6.
  12. ^ Chebiam, R. V .; Prado, F .; Мантирам, А. (2001). «Мягкая химия, синтез и характеристика слоистого лития.1-хNi1-йCoуО2-δ (0 ≤ x ≤ 1 и 0 ≤ y ≤ 1) ». Химия материалов. 13: 2951–2957. Дои:10,1021 / см 0 10 25 37.
  13. ^ Мантирам, Арумугам (2020). «Размышления о химии катода литий-ионных аккумуляторов». Nature Communications. 11. Дои:10.1038 / s41467-020-15355-0.