리튬 니켈 코발트 알루미늄 산화물

Lithium nickel cobalt aluminium oxides

리튬 니켈 코발트 알루미늄 산화물(NCA)은 혼합 금속 산화물 그룹이다. 그들 중 일부는 리튬 이온 배터리에 적용되기 때문에 중요하다. NCA는 양극(배터리가 방전될 때의 음극)에서 활성 물질로 사용된다. NCA는 화학 원소 리튬, 니켈, 코발트 및 알루미늄의 양이온으로 구성된다. 이 날짜[when?] 현재 가장 중요한 대표자는 x + y + z = 1인 일반 공식 LiNiCoAlO를xyz2 가지고 있다. 현재 시중에 판매되고 있는 전기 자동차와 전기 제품에도 사용되는 배터리로 구성된 NCA의 경우, x ≈ 0.8이며, 그 배터리의 전압은 3.6 V 또는 3.7 V의 명목 전압으로 3.6 V에서 4.0 V 사이이다. 2019년에 현재 사용되고 있는 산화물 버전은 LiNiCoAlO이다0,840,120,042.

소개

리튬 니켈 코발트 알루미늄 산화물(NCA)은 리튬이온 배터리 제조에 특히 중요한 혼합 금속 산화물로서, 음극(배터리 양극) 소재에 사용된다.[citation needed] 리튬, 니켈, 코발트 및 알루미늄의 양이온 격자로 구성되며, 이 날짜 현재 가장 중요한 대표자는 x + y + z = 1의 일반 공식 LiNiCoAlO를xyz2 가지고 있다.[when?][citation needed]

NCA 제조사

NCA의 주요 생산자와 2015년 시장점유율은 스미토모 금속광업이 58%, 도다 고가(BASF)가 16%, 니혼카가쿠 상요가 13%,[1] 에코프로가 5%로 나타났다. 스미토모는 테슬라와 파나소닉을 공급하고 2014년 월 850t의 NCA를 생산할 수 있었다.[2] 스미토모는 2016년 월 생산능력을 2550t으로,[3] 2018년에는 4550t으로 늘렸다.[2] 중국 칭하이 성 퉁런 현에는 2019년부터 공장이 건설 중인데, 초기에는 월 1500t의 NCA를 생산하게 된다.[4]

NCA의 속성

NCA의 사용 가능한 충전 저장 용량은 약 180~200mAh/g이다.[5] 이는 이론적 값보다 훨씬 낮다. LiNiCoAlO의0,80,150,052 경우 이는 279mAh/g이다.[6] 다만 NCA의 용량은 리튬코발트산화물 LiCoO가2 148mAh/g, 리튬철인산 LiFe 등 대체재료에 비해 현저히 높다.165mAh/g의 PO와4 170mAh/g의 NMC 333 LiNiMnCoO0,330,330,332.[6] LiCoO나2 NMC와 마찬가지로 NCA도 레이어 구조를 가진 음극재에 속한다.[5] 고전압으로 인해 NCA는 에너지 밀도가 높은 배터리를 가능하게 한다. NCA의 또 다른 장점은 뛰어난 고속 충전 능력이다.[5] 단점은 코발트와 니켈의 높은 비용과 한정된 자원이다.[5]

NCA와 NMC의 두 재료는 관련 구조, 상당히 유사한 전기화학적 거동 및 유사한 성능을 나타내며, 특히 상대적으로 높은 에너지 밀도와 상대적으로 높은 성능을 나타낸다. 모델3의 NCA 배터리는 코발트 4.5~9.5kg, 리튬 11.6kg으로 추정된다.[7]

Kristallstruktur von Nickel(IV)-oxid

NCA와 밀접한 관련이 있는 리튬 니켈산화물 LiNiO2, 즉 니켈산화물 NiO2 자체가 기계적으로 불안정해 아직 배터리 소재로 사용할 수 없고, 용량 손실이 빠르고 안전성에 문제가 있다.[8]

니켈이 풍부한 NCA: 장점과 한계

NCAs LiNiCoAlOxyz2 x x x x ≥ 0.8은 니켈 리치라고 불린다.[9] 이러한 화합물은 물질 등급에서 가장 중요한 변종이다. 니켈이 풍부한 변종도 코발트가 적어 상대적으로 코발트가 비싸 원가상 유리하다. 더욱이 니켈 함량이 증가함에 따라 전압과 그에 따라 배터리에 저장할 수 있는 에너지도 증가한다. 그러나 니켈 함량이 증가함에 따라 열파괴와 배터리의 조기 노화 위험도 증가한다. 일반적인 NCA 배터리가 180°C까지 가열되면 열적으로 가출된다.[10] 이전에 배터리가 과충전된 경우 65°C에서도 열사출이 발생할 수 있다.[10] NCA의 알루미늄 이온은 안정성과 안전성을 높이지만 산화 작용에 참여하지 않고 스스로 용량을 줄인다.

재료의 수정

NCA의 내성을 높이기 위해, 특히 50°C 이상의 온도에서 작동해야 하는 배터리의 경우 리더 활성재료를 코팅한다. 연구에서 입증된 코팅은 알루미늄 불소 알F3, 결정 산화물(예: CoO2, TiO2, NMC) 또는 유리 산화물(이산화실리콘 SiO2) 또는 FePO와4 같은 인산염으로 구성될 수 있다.[6]

NCA 배터리: 제조업체 및 사용

2018년 기준 NCA 배터리 제조사는 파나소닉의 협력 파트너 [6]테슬라가 NCA를 자동차 모델의 트랙션 배터리에 활성 소재로 사용하고 있어 가장 중요한 제조사는 파나소닉인 것으로 알려졌다.[11][12] 테슬라 모델3와[8] 테슬라 모델X에서는 LiNiCoAlO가0,840,120,042 사용된다.[13] 몇 가지 예외를 제외하고는 2019년 현재 전기자동차는 NCA 또는 리튬 니켈망간 코발트산화물(NMC)을 사용한다.[8] NCA는 전기자동차뿐 아니라 파나소닉, 소니, 삼성 등을 중심으로 전자기기용 배터리에도 사용된다.[1] 일부 무선청소기에는 NCA 배터리도 장착돼 있다.[14][better source needed]

참조

  1. ^ a b Christophe Pillot (2017-01-30). "Lithium ion battery raw material Supply & demand 2016–2025" (PDF). avicenne.com. Avicenne.
  2. ^ a b Yuka Obayashi, Ritsuko Shimizu (2018-09-13). "Japan's Sumitomo to focus on battery material supply to Panasonic, Toyota". Reuters.
  3. ^ James Ayre (2016-02-26). "Sumitomo Metal Mining Boosting NCA (Used In Lithium-Ion Cathodes) Production By 38 %, In Anticipation Of Tesla Model 3 Launch". evobsession.com.
  4. ^ Frank Liu (2019-11-13). "Construction of 50,000 mt NCA cathode material project began in Qinghai". SMM news – news.metal.com > news > industry news. Shanghai Metals Market SMM, SMM Information & Technology Co.
  5. ^ a b c d Marca M. Doeff (2013), Ralph J. Brodd (ed.), "Battery Cathodes: Selected Entries from the Encyclopedia of Sustainability Science and Technology", Batteries for Sustainability, New York, NY: Springer, p. 5–49, doi:10.1007/978-1-4614-5791-6_2, ISBN 978-1-4614-5790-9
  6. ^ a b c d Agus Purwanto; Cornelius Satria Yudha; U Ubaidillah; Hendri Widiyandari; Takashi Ogi (2018-09-26), "NCA cathode material: synthesis methods and performance enhancement efforts", Materials Research Express, IOP Publishing, vol. 5, no. 12, p. 122001, doi:10.1088/2053-1591/aae167, ISSN 2053-1591
  7. ^ Evan Leon (2018-10-26). "From Mine to Market: Energy Metals & Electric Vehicle Industrialization" (PDF). energy.umich.edu. University of Michigan Energy Institute.
  8. ^ a b c Matteo Bianchini; Maria Roca-Ayats; Pascal Hartmann; Torsten Brezesinski; Jürgen Janek (2019-07-29), "There and Back Again-The Journey of LiNiO2 as a Cathode Active Material", Angewandte Chemie International Edition, Wiley-VCH, vol. 58, no. 31, pp. 10434–10458, doi:10.1002/anie.201812472, retrieved 2021-11-26
  9. ^ Sheng S. Zhang (January 2020), "Problems and their origins of Ni-rich layered oxide cathode materials", Energy Storage Materials, vol. 24, pp. 247–254, retrieved 2021-11-26
  10. ^ a b Xuan Liu; Kang Li; Xiang Li (2018). "The Electrochemical Performance and Applications of Several Popular Lithium-ion Batteries for Electric Vehicles - A Review". In K. Li; J. Zhang; M. Chen; Z. Yang; Q. Niu (eds.). Advances in Green Energy Systems and Smart Grid. ICSEE 2018, IMIOT 2018. Communications in Computer and Information Science. Vol. 925. Springer, Singapore. p. 201–213. doi:10.1007/978-981-13-2381-2_19. ISBN 9789811323805. Retrieved 2021-11-26. 이 대안적인 학술 기사 출처를 참조하십시오.
  11. ^ James Ayre (2017-12-02). "Tesla Batteries 101 — Production Capacity, Uses, Chemistry, & Future Plans". CleanTechnica.
  12. ^ Fred Lambert (2017-05-04). "Tesla battery researcher unveils new chemistry to increase lifecycle at high voltage". Electrek. Electrek, 9to5 network.
  13. ^ Gyeong Won Nam; Nam-Yung Park; Kang-Joon Park; Jihui Yang; Jun Liu (2019-12-13), "Capacity Fading of Ni-Rich NCA Cathodes: Effect of Microcracking Extent", ACS Energy Letters, vol. 4, no. 12, pp. 2995–3001, ISSN 2380-8195, retrieved 2021-11-26
  14. ^ "Dyson Cordless Vacuum Comparison Chart: Comparing Best With The Best - Powertoollab". Best Power Tools For Sale, Expert Reviews and Guides. 2018-08-22.[필요한 소스]