3、 镍钴锰酸锂（LiNiMnCoO 2或NMC）

锂镍锰钴氧化物（简称Li-NMC、LNMC、NMC或NCM）是锂、镍、锰、钴的混合金属氧化物。它们的通式为 LiNixMnyCozO2。最重要的代表具有接近 1 的x+y+z 组成，在过渡金属位点上有少量锂。在商业 NMC 样品中，该组合物通常具有 < 5% 的过量锂。[1][2]该组中的结构材料与锂钴 (III) 氧化物(LiCoO2)密切相关，具有层状结构，但在 1 处具有理想的 Mn(IV)、Co(III) 和 Ni(II) 电荷分布： 1:1 化学计量比。对于更富含镍的组合物，镍处于更氧化的状态以实现电荷平衡。NMCs是锂离子电池中最重要的锂离子存储材料之一。它们用于正极，在放电过程中充当阴极。

历史

化学计量的 NMC 阴极表示为端元 LiCoO2、LiMnO2和 LiNiO2之间的固溶体中的点。它们在历史上源自John B. Goodenoughs1980 年代对 LiCoO2 的研究、Tsutomo Ohzuku 对 Li(NiMn)O2 的研究以及对 NaFeO2型材料的相关研究。与化学计量的 NMC 相关，富锂NMC材料于 1998 年首次报道，其结构类似于氧化钴 (III) 锂(LiCoO2)，但通过过量的锂稳定，Li/NMC > 1.0 , 表现为一系列的 Li材料中的 2MnO3类纳米域。这些阴极首先由 CS Johnson、JT Vaughey、MM Thackeray、TE Bofinger 和 SA Hackney 报道。对于这两种类型的 NMC 阴极，有一个正式的内部电荷转移，氧化锰并减少镍阳离子，而不是所有的过渡金属阳离子都是三价的。充电时形式上的镍 (II) 的双电子氧化有助于这些 NMC 正极材料的高容量。2001年阿鲁穆甘曼蒂拉姆假设为层状氧化物阴极创造高容量的机制是由一种转变产生的，这种转变可以根据金属 3d 带相对于氧 2p 带顶部的相对位置来理解。这一观察有助于解释 NMC 正极的高容量，因为高于 4.4 V（相对于锂），已经发现一些观察到的容量是由氧化物晶格的氧化而不是阳离子氧化引起的。

2001 年，Christopher Johnson、Michael Thackeray、Khalil Amine和 Jaekook Kim为基于 Li2MnO3衍生域结构的锂镍锰钴氧化物 (NMC) 富锂阴极申请了专利。2001年，陆中华和Jeff Dahn基于端元之间的固溶概念，为NMC类正极材料申请了专利。

金属比率

几种不同含量的镍具有商业价值。三种金属之间的比例由三个数字表示。例如LiNi0.333锰0.333钴0.333Ò2缩写为NMC111或NMC333，的LiNi0.5锰0.3钴0.2Ò2至NMC532（或NCM523）的LiNi0.6锰0.2钴0.2Ò2至NMC622和的LiNi0.8锰0.1钴0.1氧2到 NMC811。鉴于钴采购的潜在问题，人们对提高镍含量感兴趣，尽管这会降低热稳定性。

虽然碳酸锂或氢氧化锂都可以用于 NMC111，但需要氢氧化锂来制造 NMC811，因为较低的合成温度有助于减轻锂/镍位点交换，这与性能降低有关。

NMC 电极的使用

奥迪 e-tron Sportback

大多数电动汽车都使用 NMC 电池。NMC 电池于 2011/2011 年安装在BMW ActiveE上，从 2013 年开始安装在BMW i8 上。[14]截至2020年，采用NMC电池的电动汽车包括：奥迪e-tron GE、北汽EU5 R550、宝马i3、比亚迪元EV535、雪佛兰Bolt、现代科纳电气、捷豹I-Pace、江铃汽车JMC E200L、蔚来ES6 、日产 Leaf S Plus、雷诺 ZOE、荣威 Ei5、大众 e-Golf 和大众 ID.3。[15]只有少数电动汽车制造商不在其牵引电池中使用 NMC。最重要的例外是特斯拉，因为特斯拉使用NCA其车辆的电池。然而，家用存储Tesla Powerwall据说是【根据谁说的？]基于 NMC。

NMC 还用于移动电子产品，例如移动电话/智能手机、大多数电动自行车电池中的笔记本电脑。对于这些应用，2008 年仍然几乎只使用钴酸锂 LCO 电池。[19]NMC 电池的另一个应用是电池储能电站。例如，在韩国，2016 年安装了两套带有 NMC 用于频率调节的储能系统：一套容量为 16 MW，能量为 6 MWh，另一套为 24 MW 和 9 MWh。[20]2017/2018年，在澳大利亚西澳大利亚州的纽曼安装并调试了超过30兆瓦容量和11兆瓦时的电池。

NMC 电极的特性

带有 NMC 的锂离子电池的电池电压为 3.6-3.7 V。[23]Manthiram发现这些层状氧化物阴极的容量限制是化学不稳定性的结果，可以根据金属 3d 带相对位置的相对位置来理解。到氧 2p 波段的顶部。这一发现对锂离子电池实际可接近的组成空间以及从安全角度来看的稳定性具有重要意义。

由于该体系经济性和综合性能表现均比较好，因此NMC混合锂离子电池越来越受到重视。镍，锰和钴三种活性材料可轻松混合，以适应需要频繁循环的汽车和能源存储系统（EES）的广泛应用。NMC家族的多样性正在增长。

汇总表

表8：  锂镍锰钴氧化物（NMC）的特性。