NCM 90：NCM811バッテリーセルの後継

バッテリーケミストリーの開発は、常に譲歩を必要とする演習です。すべての分野で最高のバッテリーの化学的性質はありません。バランスの取れたバッテリーを得るには、エネルギー密度、電力密度、安全性、サイクル寿命、コストに関して妥協する必要があります。

この長い記事では、NCMカソードの開発に焦点を当てて、バッテリー技術がどこに向かっているのかを見ていきます。アノードと電解質は別の機会に残しておきます。

まず、電気自動車用の一般的なバッテリーの化学的性質を比較してみましょう。料金は1（最低）から5（最高）までさまざまです。

アノード

チタン酸リチウム （ LTO ）

• エネルギー密度：（★）1/5
• 電力密度：（★★★★★）5/5
• サイクル寿命：（★★★★★）5/5
• 安全性：（★★★★★）5/5
• コスト：（★）1/5

カソード

リン酸フェロリチウム （ LFP ）

• エネルギー密度：（★★）2/5
• 電力密度：（★★★★）4/5
• サイクル寿命：（★★★★）4/5
• 安全性：（★★★★★）5/5
• コスト：（★★★★）4/5

リチウムニッケルコバルトマンガン（NCM 333または111）

• エネルギー密度：（★★★）3/5
• 電力密度：（★★★）3/5
• サイクル寿命：（★★★★）4/5
• 安全性：（★★★★）4/5
• コスト：（★★）2/5

リチウムニッケルコバルトマンガン（NCM 523）

• エネルギー密度：（★★★★）4/5
• 電力密度：（★★★）3/5
• サイクル寿命：（★★★）3/5
• 安全性：（★★★）3/5
• コスト：（★★★）3/5

リチウムニッケルコバルトマンガン（NCM 622）

• エネルギー密度：（★★★★）4/5
• 電力密度：（★★★）3/5
• サイクル寿命：（★★★）3/5
• 安全性：（★★★）3/5
• コスト：（★★★）3/5

リチウムニッケルコバルトマンガン（NCM 811）

• エネルギー密度：（★★★★★）5/5
• 電力密度：（★★）2/5
• サイクル寿命：（★★）2/5
• 安全性：（★★）2/5
• コスト：（★★★★）4/5

リチウムニッケルコバルトアルミニウム （ NCA ）

• エネルギー密度：（★★★★★）5/5
• 電力密度：（★★★）3/5
• サイクル寿命：（★★★）3/5
• 安全性：（★★）2/5
• コスト：（★★★★）4/5

LTOおよびLFPの化学的性質は、電気バスなどで非常に高速な充電（5〜10 C）が必要な場合にのみ使用されます。 NCAはテスラで使用されていますが、ほとんどすべての自動車メーカーがNCMカソード付きのバッテリーを使用しています。

電気自動車の採用の主な障害は価格と範囲であることは広く知られています。したがって、NCMカソードの最近の改善は、電力密度、サイクル寿命、および安全性の低下を犠牲にして、エネルギー密度の増加とコストの削減に焦点が当てられています。ただし、バッテリ容量が大きいほど、電力密度が低くなり、サイクル寿命が短くなるという問題が軽減されます。安全性の低いバッテリーセルについては、BMS（バッテリー管理システム）とTMS（熱管理システム）をより保護する必要がありますが、それほど危険ではありません。

コストを削減し、同時にNCMバッテリーセルのエネルギー密度を高めるために使用される一般的な公式は、カソードをより多くのニッケルに置き換えることによって、カソードのコバルト含有量を減らすことでした。グラファイトアノードにシリコンを追加すると、サイクル寿命が短くなりますが、エネルギー密度が高くなります。覚えておいてください、それは常に妥協です…

• コバルト：24.431 EUR / t
• ニッケル：11.363 EUR / t

今年は、大量生産の電気自動車にNCM811バッテリーが導入されました。中国の企業CATLがレースに勝利し、NCM811バッテリーセルをすでに顧客に納入されている大量生産の電気自動車であるNIOES6に搭載した最初のメーカーでした。それにもかかわらず、他の人がフォローしています。

BYDは、今年のNCM811バッテリーを発表したもう1つの中国のバッテリーセルメーカーです。 Envision AESCは、2020年にNCM811バッテリーセルの生産を開始することを目指しています。

韓国の電池メーカーは、約束したことを誰よりも先延ばしにしている。 SKイノベーションは来年初めにEV用の独自のNCM811バッテリーセルを本格的に導入する予定であり、LG化学はポーチセル用のNCM712カソードに賭ける予定です。サムスンSDIははるかに遅れており、2021年にNCM811バッテリーセルの生産を開始する予定です。

NCM 811バッテリーセルが電気自動車の現在および近い将来であることは明らかです。それらは優れたエネルギー密度と低コストを備えており、より長距離でより安価な電気自動車を可能にします。しかし、彼らはすでに後継者を作っています…

SKイノベーションは、来年初めに本格的に到着するNCM 811バッテリーセルが電気自動車に600km（372マイル）の距離を与えると発表しましたが、2022年には、 NCM 90（NCM 9.5.5）バッテリーセル。

NCM 90（NCM 9.5.5）カソードは、希少で高価なコバルトの必要性をさらに減らします。

それでは、誇大広告の裏側を見て、このバッテリー技術の開発が現在どこにあるのかを見てみましょう。

Li金属アノードを使用したNCMカソードのサイクリング性能

上のグラフは、非常に高い充電電圧でのさまざまなNCMカソードのサイクル寿命を示しています。細胞の明らかな高度な分解を恐れないでください。スマートフォンのバッテリーで通常見られるような高い充電電圧が予想されます。

幸いなことに、電気自動車のバッテリーセルはより適切に保護され、より低い充電電圧に制限されています。たとえば、日産リーフのバッテリーセルは最大充電電圧4.2 Vに制限されています。他の電気自動車には、バッテリーの劣化を減らすためにさらに低い制限があります。

チャートに戻ります。

著者は、「NCM-622（4.5 V）とNCM-811（4.3 V）は、100サイクル後に93％の容量保持で、0.5Cで200mAhg-1の同様の初期放電容量を示した」と述べています。さらに、NCM622カソードはより高い構造安定性を持っていました。

ただし、NCM 622カソードの方が安全で、4,5Vに制限された場合のサイクル寿命と容量が4.3Vに制限された場合のNCM811カソードと同様であっても、電気自動車に後者を採用するのは簡単です。より少ないコバルトを必要とすることによるコスト削減に。バッテリー技術には常に妥協点があり、現在は電気自動車の大規模化を可能にするためにコストを削減することに重点が置かれていることを忘れないでください。

NCM 90カソードに関しては、状況は良好に見えますが、NCM811カソードをまだ置き換える準備ができていない可能性があります。

NCM 90カソードは、0.5 Cで2,7〜4.3 Vの間でサイクルされた場合、100サイクル後に初期バッテリー容量の90％を保持します。したがって、600 kmの範囲を持つ新しい電気自動車は、これらの条件で57.000 km [（600 + 540）/ 2 x 100）]後に540kmの範囲になります。幸いなことに、これらの極端な状況では電気自動車のバッテリーは循環しません。それらははるかによく保護されています。

NCM 90カソードが2,8〜4,1 Vの間でサイクルされたときにどのように動作するかを確認したいのですが、100サイクル後の容量保持率がわずか90％であるよりも、サイクル寿命がはるかに優れていると期待できます。標準のバッテリー保証を許可するのに十分である必要があります。これは、ほとんどのEVで、8年間または160.000 km（100.000マイル）の最小容量を70％保証します。

完全にコバルトを含まないバッテリーができるまで、NCM 90カソードは、電気自動車の大規模化を可能にするために必要な一歩です。

とにかく、SKイノベーションはNCM 90バッ​​テリーセルを発表した最初のバッテリーセルメーカーでしたが、それが最初に製造されるとは思えません。おそらくCATLかBYDのどちらかになると思います。

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