Pin Li-ion NMC và sự thành công thương mại đối với người tiêu dùng
Pin Lithium NMC là gì?
Câu trả lời đơn giản: Lithium Nickel Manganese Cobalt Oxide (LiNiMnCoO2) — NMC
Một trong những pin Li-ion thành công nhất về mặt thương mại là sự kết hợp cathode của niken-mangan-coban (NMC). Tương tự như pin Li-mangan, loại pin này được thiết kế riêng để hoạt động như Energy Cell – thuật ngữ dùng để chỉ pin quan tâm tới thời gian phục vụ lâu – hoặc Power Cell – Thuật ngữ dùng để chỉ pin phục vụ tải lớn.
Ví dụ, NMC trong một cell 18650 trong điều kiện tải vừa phải có dung lượng khoảng 2.800mAh và có thể cung cấp 4A đến 5A; NMC trong cùng một cell được tối ưu hóa máy công cụ có thể có dung lượng chỉ khoảng 2.000mAh nhưng cung cấp dòng điện xả liên tục là 20A. Một anode gốc silicon có thể đạt được dung lượng 4.000mAh trở lên nhưng khả năng tải giảm xuống, và tuổi thọ ngắn hơn. Silicon được thêm vào thanh anode có nhược điểm là anode sẽ to lên/ nhỏ xuống khi sạc và xả, khiến pin không ổn định về mặt cơ học.
Bí mật của NMC nằm ở sự kết hợp giữa niken và mangan. Một phép ví von của việc này là khi muối ăn – nguyên liệu cấu thành là sodium và chloride đều là 2 thành phần độc hại nhưng khi trộn chúng lại với nhau thì chúng tạo nên hỗn hợp ăn được, có ứng dụng cao trong ngành bảo quản thực phẩm. Niken được biết đến với năng lượng riêng cao nhưng độ ổn định kém; mangan có lợi thế là tạo thành cấu trúc spinel để đạt được điện trở bên trong thấp nhưng lại có năng lượng riêng thấp. Việc kết hợp các kim loại này sẽ tăng cường sức mạnh của nhau.
NMC là loại pin được lựa chọn cho các máy công cụ cầm tay, xe đạp điện và các hệ thống truyền động điện động cơ khác. Sự kết hợp ở thanh cathode thường là một phần ba niken, một phần ba mangan và một phần ba coban, còn được gọi là 1-1-1. Coban đắt tiền và nguồn cung hạn chế. Các nhà sản xuất pin đang giảm hàm lượng coban với một số thỏa hiệp về hiệu suất. Một sự kết hợp thành công là NCM532 với 5 phần niken, 3 phần coban và 2 phần mangan. Các sự kết hợp khác là NMC622 và NMC811. Coban giúp ổn định niken, một kim loại có năng lượng riêng cao và có tính động lớn.
Pin NMC đạt được thế cân bằng với nhiều tiêu chí quan trọng về năng lượng riêng và hiệu suất hoạt động nói chung. Đây là ứng viên sáng giá cho các ebikes và có tỷ lệ tự làm nóng thấp.
Thị trường có sự chuyển dịch về phía pin Li-ion pha trộn NMC vì nó đạt được tiêu chí giá thấp và hiệu suất tốt. Ba vật liệu hoạt động là niken, mangan và coban có thể dễ dàng được pha trộn để phù hợp với nhiều ứng dụng khác nhau cho ô tô và hệ thống lưu trữ năng lượng (EES) cần sạc xả liên tục. Họ pin NMC đang ngày càng đa dạng.
Bàng dưới đây thể hiện các tiêu chí cơ bản của pin NMC
Lithium Nickel Manganese Cobalt Oxide: LiNiMnCoO2. cathode, anode than chì.
Viết tắt: NMC (NCM, CMN, CNM, MNC, MCN đều tương tự với sự pha trộn tỷ lệ khác nhau)
Điện áp | 3.60V, 3.70V Định danh; khoảng hoạt động từ 3.0–4.2V/cell, hoặc cao hơn. |
Năng lượng riêng | 150–220Wh/kg |
Thông số Sạc | 0.7–1C, Sạc tới 4.20V, một số pin đạt được mức 4.30V; 3 giờ sạc liên tục. |
Nếu sạc với dòng điện trên 1C tuổi thọ của pin sẽ giảm nhanh. | |
Phải ngắt sạc khi dòng điện bão hòa ở 0.05C. | |
Thông số Xả | 1C; 2C; ngắt dòng tại 2.50V |
Vòng đời sạc xả | 1000–2000 (thông số này là tương đối, còn phụ thuộc vào độ sâu sạc xả và nhiệt độ hoạt động) |
Thermal runaway | 210°C (410°F). |
Chi phí | ~$420 per kWh[1] |
Ứng dụng | E-bikes, thiết bị y tế, EVs, các ứng dụng công nghiệp. |
Các ghi chú | Cung cấp năng lượng và công suất tốt. Là loại cell đạt được nhiều tiêu chí tốt và đạt được nhiều thành công về mặt thương mại. |