배터리 화학을 개발하는 것은 항상 양보를 요구하는 운동입니다. 모든 분야에서 최고의 배터리 화학은 없습니다. 균형 잡힌 배터리를 갖기 위해서는 에너지 밀도, 전력 밀도, 안전성, 사이클 수명 및 비용과 관련하여 타협해야 합니다.
이 긴 기사에서 우리는 NCM 음극 개발에 중점을 둔 배터리 기술이 어디로 가고 있는지 볼 것입니다. 양극과 전해질은 다음에 미루겠습니다.
전기 자동차에 대한 몇 가지 인기 있는 배터리 화학 물질을 비교하는 것으로 시작하겠습니다. 요금은 1(최저)에서 5(최상)까지 다양합니다.
양극
리튬 티타늄 산화물 ( LTO )
음극
인산철 리튬 ( LFP )
리튬 니켈 코발트 망간(NCM 333 또는 111)
리튬 니켈 코발트 망간(NCM 523)
리튬 니켈 코발트 망간(NCM 622)
리튬 니켈 코발트 망간(NCM 811)
리튬 니켈 코발트 알루미늄 ( NCA )
LTO 및 LFP 화학 물질은 예를 들어 전기 버스에서와 같이 정말 빠른 충전(5-10C)이 필요한 경우에만 사용됩니다. NCA는 Tesla에서 사용하지만 거의 모든 자동차 제조업체는 NCM 음극이 있는 배터리를 사용합니다.
전기차 보급의 가장 큰 걸림돌이 가격과 주행거리라는 것은 널리 알려져 있다. 따라서 최근 NCM 음극의 개선은 전력 밀도, 사이클 수명 및 안전성을 줄이는 대신 에너지 밀도를 높이고 비용을 줄이는 데 중점을 두고 있습니다. 그러나 더 높은 배터리 용량은 더 낮은 전력 밀도 및 열악한 사이클 수명 문제를 줄입니다. 덜 안전한 배터리 셀의 경우 BMS(Battery Management System) 및 TMS(열 관리 시스템)를 더 많이 보호해야 하지만 실제로 위험하지는 않습니다.
NCM 배터리 셀의 비용을 낮추고 동시에 에너지 밀도를 높이는 데 사용되는 일반 공식은 더 많은 니켈로 대체하여 음극의 코발트 함량을 줄이는 것이었습니다. 흑연 양극에 실리콘을 추가하면 사이클 수명을 줄이는 대신 에너지 밀도를 높이는 데 도움이 됩니다. 항상 타협이라는 것을 기억하십시오...
올해는 양산 전기차에 NCM 811 배터리를 도입한 해다. 중국 회사 CATL은 경주에서 우승했으며 NCM 811 배터리 셀을 이미 고객에게 인도되고 있는 대량 생산 전기 자동차인 NIO ES6에 넣은 최초의 제조업체입니다. 그럼에도 불구하고 다른 사람들이 따르고 있습니다.
BYD는 올해 NCM 811 배터리를 발표한 또 다른 중국 배터리 셀 제조업체입니다. Envision AESC는 2020년에 NCM 811 배터리 셀 생산을 시작하는 것을 목표로 하고 있습니다.
한국 배터리 셀 제조사들은 남들보다 먼저 약속한 것을 미루고 있다. 이제 SK이노베이션은 내년 초 전기차용 NCM 811 배터리 셀을 본격 출시할 예정이며, LG화학은 파우치 셀용 NCM 712 양극을 내놓을 예정이다. 삼성SDI는 한참 뒤쳐져 있으며 2021년에만 NCM 811 배터리 셀 생산을 시작할 것으로 예상하고 있습니다.
NCM 811 배터리 셀이 전기 자동차의 현재이자 가까운 미래임은 분명합니다. 그들은 에너지 밀도가 높고 비용이 저렴하여 더 긴 범위와 더 저렴한 전기 자동차를 허용합니다. 그러나 그들은 이미 후계자가 만들어지고 있습니다...
SK이노베이션은 내년 초 본격 출시할 NCM 811 배터리 셀을 전기차에 600km 주행할 수 있다고 밝혔다. NCM 90(NCM 9.5.5) 배터리 셀.
NCM 90(NCM 9.5.5) 음극은 희귀하고 값비싼 코발트의 필요성을 더욱 줄여줍니다.
이제 과대 광고의 이면을 살펴보고 이 배터리 기술 개발이 현재 어디에 있는지 살펴보겠습니다.
Li 금속 양극을 사용한 NCM 음극의 사이클링 성능
위의 차트는 매우 높은 충전 전압에서 다양한 NCM 음극의 수명 주기를 보여줍니다. 세포의 명백한 높은 분해에 대해 두려워하지 마십시오. 일반적으로 스마트폰 배터리에서 볼 수 있는 전압과 같은 높은 충전 전압이 예상됩니다.
다행히 전기 자동차는 배터리 셀을 더 잘 보호하고 더 낮은 충전 전압으로 제한됩니다. 예를 들어 Nissan LEAF의 배터리 셀은 4.2V의 최대 충전 전압으로 제한됩니다. 다른 전기 자동차는 배터리 성능 저하를 줄이기 위해 훨씬 더 낮은 제한을 가지고 있습니다.
이제 차트로 돌아가십시오.
저자는 "NCM-622(4.5V)와 NCM-811(4.3V)은 0.5C에서 200mAh g-1의 유사한 초기 방전 용량을 나타내었고 100사이클 후 용량 유지율이 93%였다"고 언급했습니다. 또한 NCM 622 음극은 구조적 안정성이 더 높습니다.
그러나 NCM 622 음극이 더 안전하고 4.5V로 제한될 때 사이클 수명과 용량이 4.3V로 제한될 때 NCM 811 음극과 유사한 용량을 갖는다고 해도 전기 자동차에 후자를 채택하는 것은 생각할 필요가 없습니다. 더 적은 코발트를 필요로 하는 원가절감. 배터리 기술에는 항상 타협이 있다는 것을 기억하십시오. 이제 초점은 전기 자동차의 대중화를 허용하는 비용을 줄이는 것입니다.
이제 NCM 90 음극과 관련하여 상황이 좋아 보이지만 아직 NCM 811 음극을 대체할 준비가 되지 않았을 수 있습니다.
NCM 90 음극은 0.5C에서 2.7V와 4.3V 사이를 순환할 때 100회 주기 후에도 초기 배터리 용량의 90%를 유지합니다. 따라서 600km 범위의 새 전기 자동차는 이러한 조건에서 57,000km[(600 + 540) / 2 x 100)] 이후 540km의 범위를 갖게 됩니다. 좋은 소식은 이러한 극한 조건에서 전기 자동차 배터리가 순환되지 않는다는 것입니다. 훨씬 더 잘 보호됩니다.
NCM 90 음극이 2.8V와 4.1V 사이에서 사이클링될 때 어떻게 동작하는지 보고 싶습니다. 사이클 수명이 100사이클 후 90%의 용량 유지보다 훨씬 낫다고 예상하는 것이 합리적입니다. 대부분의 EV에 대해 8년 또는 160,000km(100,000마일) 동안 최소 용량 70%를 보장하는 표준 배터리 보증을 허용할 만큼 충분히 좋아야 합니다.
완전히 코발트가 없는 배터리가 될 때까지 NCM 90 음극은 전기차의 대중화를 위한 필수 단계입니다.
어쨌든 SK이노베이션이 NCM 90 배터리 셀을 최초로 발표한 배터리 셀 제조사지만, 처음 생산할지는 의문이다. CATL이나 BYD가 될 것이라고 생각합니다.
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알려주셔서 감사합니다. Emanuele.
