Lithium-Nickel-Kobalt-Mangan (NMC 811/NCM 622) als Kathode in LIB

wiki battery - Batterien & Energiespeicher

Lithium-Nickel-Mangan-Kobalt (NMC 811 oder NCM) als aktives Kathodenmaterial in Lithium-Ionen-Batterien (LIB)

Batterien mit NMC-Kathoden sind das derzeit die erfolgreichsten Lithium-Ionen-Systeme, welche in der aktuellen (2022) Generation von umweltfreundlichen Elektroautos eingebaut werden. Wie die LMS-Systeme können NMC-Systeme auf elektrische Leistung oder hohe Kapazitäten ausgelegt werden. NMC-basierte Batterien fanden daher auch schon Anwendung in Demonstrationsflügen mit batteriebetriebenen Elektroflugzeugen.

So gibt es etwa 18650-er Zellen, die für moderate Ladebedingungen ausgelegt sind und Kapazitäten von 2.800 mAh aufweisen. Sie liefern Ströme zwischen 4 und 5 A. Der gleiche Zelltyp lässt sich aber auch für besonders hohe, kontinuierliche Entladeströme von 20 A optimieren. Bietet dann aber nur noch eine Kapazität von rund 2.000 mAh. In Kombination mit Anoden auf Siliziumbasis liessen sich die Kapazitäten auf sehr hohe Kapazität steigern, allerdings sind diese bislang noch mit kürzeren Lebenszeiten und schlechteren Ladeleistungen verbunden. Viele wissenschaftliche Projekte arbeiten aber daran, diese Nachteile zu eliminieren.

NMC-Kathoden bieten einen guten Kompromiss aus guter allgemeiner elektrochemischer Leistungsfähigkeit (Performance), hohen Energiedichten und Kosten. Die spezifische Energiedichte ist besser als die von LFP, LMO und LCO. Die Entladungsrate (Leistung pro Zeit) ist besser als bei LCO-Kathoden, aber nicht besser als bei LFP-Kathoden.

Absenkung des Kobalt-Anteils von NMC 622 zu NMC 811

Vor dem Jahr 2017 setzten Batteriehersteller vorwiegend auf eine NMC-Batterie mit gleichen Anteilen (NMC 111) von Nickel, Kobalt und Mangan (im Verhältnis von 1:1:1) mit 33 % Kobalt und 33 % Nickelanteil. Der Nickel– und Kobalt-Gehalt in der Kathode wurde ständig optimiert. 

Erhöhung des Nickelanteil zu NMC 811

Ein höherer Nickelgehalt in NMC 811 erhöht die Kapazität und Energie der Kathode, bietet den Vorteil, dass in den Batterien über lange Strecken mehr Energie bereitgestellt wird und die Batterien ein geringeres Gewicht aufweisen.  

Die Lebensdauer dieser Batterien ist allerdings noch problematisch in der Herstellung (da NMC 811 weniger stabil ist) und ist mit höheren Kosten verbunden ist. Zudem führt der tiefere Kobalt-Anteil auch zu tieferer Lebensdauer und Zyklen-Stabilität.

Capacity fade NMC 811 v NMC old
Vergleich NMC 811, NMC 622, NMC 833, NMC 532. Aenderung des Kobalt- und Nickel-Gehaltes hat Auswirkung auf die Kapazität und die Stabilität der NMC-Batterie

Nickelfreie NMA-Kathoden

Cobalt-content-in-Cathodes-versus-Energy-Density---NMC-811---NMC-900505
Cobalt-content-in-Cathodes-versus-Energy-Density---NMC-811---NMC-900

Jüngsten Forschungsarbeiten haben gezeigt, dass die Kombination  von Mn-Al anstelle Mn-Co Kombination mit hohem Ni-Gehalt (LiNi0.9Mn0.05Al0.05O2, NMA-900505) eine vielversprechenden Kathode ergiebt. Der Al-Anteil scheint die Zyklenstabilität deutlich zu erhöhen. So wird auch die thermische Stabilität von NMC-900505 erhöht. A

Selbst eine geringe Menge an Al3+ und Mg2+-Dotierung in LiNi0.9Mn0.04Co0.04Al0.01Mg0.01O2

(NMCAM-9004040101) verbessert drastisch die Zyklierbarkeit von NMC-900505 durch Verringerung der Oberflächenreaktivität und Pulverisierung.

NMA-Kathoden sind daher vielversprechende kobaltfreie Alternativen in der Zukunft nach NMC 811.

Referenzen

  1. Cobalt for Batteries & Electric Vehicles, Cobalt Institute, retrieved March 2023.

  2. Nickel in batteries, Nickel Institute, retrieved March 2023

  3. Zhang, R., Wang, C., Zou, P. et al. Compositionally complex doping for zero-strain zero-cobalt layered cathodes. Nature 610, 67–73 (2022) https://www.nature.com/articles/s41586-022-05115-z?error=cookies_not_supported&code=1782e989-dbf9-4643-90f0-4a9327e46d4f
  4. Can Cobalt Be Eliminated from Lithium-Ion
    Batteries? : ACS Energy Lett. 2022, 7, 3058−3063. Download PDF

Aktuelle Wiki Battery Artikel

Elektroflugzeug-Elektrische-Flugzeuge - Elektrische Luftfahrt
Wiki

Elektrische Luftfahrt und Raumfahrt

Elektrische Luftfahrt und Raumfahrt Wiki Battery – Batterien & Energiespeicher WIKI BATTERY WIKIBATTERY.ORG – BATTERIEN & ENERGIESPEICHER Elektrische Luftfahrt und Raumfahrt Luftfahrt und Raumfahrt Alle relevanten Hersteller von Flugzeugen setzen heute auf die moderne und leichte Werkstoffe, um ihre Leistungsfähigkeit

Mehr dazu »
Batteriechemie logo
Akademie

Die Batteriechemie

Batteriechemie WIKI BATTERY – BATTERIEN & Energiespeicher WIKI BATTERY WIKI BATTERY Suchkonsole Batteriechemie-Definition–von-Wiki-Battery-auf-www.wikibattery.org Batterie Chemie Batteriechemie Chemie der Batterien und Akkumulatoren Batteriearten & Chemie Wenn man von der Batterie chemie («Battery chemistry» auf Englisch) spricht, spricht man eigentlich vom Typ

Mehr dazu »
What is the C-Rate, the C-Coefficient, C-Factor, What is the C-rate, Charging Speed, Charging rate.
Akademie

C-Rate – C-Faktor (Laderaten & Entladeraten)

C-Rate und C-Faktor wiki battery – Enzyklopädie der Batterien WIKI BATTERY WIKIBATTERY.ORG – BATTERIEN & ENERGIESPEICHER Was ist der C-Faktor (die C-Rate)? Laderaten & Entladeraten C-Rate oder c-Faktor: Die Lade- und Entladeraten einer Batterie werden durch C-Raten bestimmt. Die Kapazität

Mehr dazu »
Mobilität-4.0---Batterien--160x160---Wiki-Battery---Wikibattery.org
Wiki

Mobilität 4.0

Mobilität 4.0 Wiki Battery – Enzyklopädie der Batterien WIKI BATTERY WIKI BATTERY Mobilität 4.0 Ist Elektrisch mobilität 4.0 Mobilität 4.0: Das Rennen um das Auto und Flugzeug der Zukunft hat unlängst begonnen. Selbstfahrende Elektroautos versprechen einen Umbruch in der Mobilität.

Mehr dazu »
apazität-in-Batterien-und-Akkus
Akademie

Kapazität einer Batterie (Batterie-Kapazität)

Batterie-Kapazität Wiki Battery – Batterien & Energiespeicher WIKI BATTERY WIKIBATTERY.ORG – BATTERIEN & ENERGIESPEICHER apazität-in-Batterien-und-Akkus Kapazität & Nennkapazität von Batterien Die Batterie-Kapazität oder Nennkapazität stellt die spezifische Energie in Amperestunden (Ah) dar. «Ah» ist der Entladestrom, den ein Akku über

Mehr dazu »
Lieferkettern-Supply-Chains-Lithium-Ionen-Batterien
Gesellschaft

2023 – Die Lieferketten der Elektroauto-Batterien

2023 – Die Lieferketten der Elektroauto-Batterien WIKI BATTERY – BATTERIEN & ENERGIESPEICHER WIKI BATTERY WIKIBATTERY.ORG – BATTERIEN & ENERGIESPEICHER Die Lieferketten der Elektroauto-Batterien Was ist eine Lieferkette? Eine Lieferkette ist ein komplexes logistisches System, das aus Anlagen besteht, in denen

Mehr dazu »
Elektrolyte-für-Batterien-LOGO
Wiki

ELEKTROLYTE für Batterien

Elektrolyte (für batterien) wiki batteryBatterien & Energiespeicher WIKI BATTERY WIKI BATTERY Elektrolyte für Batterien Polymer-Elektrolyte—Polyelectrolyte Flüssige Elektrolyte Fest Elektrolyte Feststoff Gel-elektrolyte-logo Additive für Batterien Elektrolyte – Einführung Elektrolyt Definition Elektrolyte sind Stoffe, die in einem Lösungsmittel, in der Schmelze oder

Mehr dazu »

WIKIBATTERY.ORG

Wiki Battery ist eine Enzyklopädie für Batterie-Technologien, die Fachbegriffe aus dem Gebiet der Batterien einfach und verständlich erklärt.
Mehr über Wiki Battery findest du hier.

WikiBattery - WIKI Battery - WIKI für Energiespeicher und Batterien

Newsletter

Willst du Updates über alle unsere Tätigkeiten? Trag dich für den vierteljährlichen Newsletter ein.

Diese Seite ist urheberrechtlich geschützt © 2023-2033 – www.WikiBattery.org – Datenschutzbestimmungen Nutzungsbedingungen