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Iank

BATTERIE : La cellule NCM622 (ioniq 28) VS la cellule NCM811 (ioniq 38)

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Que savons-nous de la nouvelle génération de cathode NMC 811?

 

POSTÉ SUR 27 FÉVRIER 2018PAR INTERFACES DE RECHERCHE

La cathode nickel-manganèse-cobalt (NMC, NCM) repousse ses limites. Et beaucoup a été spéculé depuis que les déclarations de SK Innovation et LG Chem ont  déclenché une nouvelle série d'anticipations à l'été 2017. Le NMC 811 est censé être la cathode de prochaine génération - «meilleure et moins chère», poussant les véhicules électriques au-delà de 500 km ( ~ 300 mi) autonomie et bientôt à parité avec le moteur à combustion interne.

Bonnes nouvelles? Les prévisions le disent certainement, mais l'industrie partage très peu sur la technologie elle-même. Heureusement, le NMC 811 n'est pas si nouveau et inconnu, et il est à l'honneur des laboratoires universitaires, gouvernementaux ou industriels depuis un certain temps maintenant. Voici les réponses aux questions que vous pourriez vous poser - tout basé sur les données publiées et la science évaluée par les pairs:

 

Qu'est-ce que le NMC 811, vraiment?

NMC 811 est une composition de cathode avec 80% de nickel, 10% de manganèse et 10% de cobalt. Il s'agit essentiellement d'une amélioration de ce qui est déjà sur le marché, plutôt que d'une nouvelle chimie distincte.

Les cathodes NMC (Ni-Mn-Co) avec différentes compositions de Ni-Mn-Co existent depuis près de 20 ans, de nombreuses publications et brevets clés étant déjà apparus au milieu des années 2000 (1) . Après le succès commercial initial de NMC 111 (⅓ Ni, ⅓ Mn, ⅓ Co - également abrégé NMC 333), les cathodes NMC sont devenues courantes, utilisées dans la BMW i3, Chevy Bolt ou la nouvelle Nissan Leaf (côté grille) , c'est le Tesla Powerwall).

L'industrie a amélioré la technologie NMC en augmentant régulièrement la teneur en nickel dans chaque génération de cathode (par exemple NMC 433, NMC 532 ou le plus récent NMC 622). Les cellules ont une capacité supérieure et un poids inférieur, ce qui signifie que les batteries stockent plus d'énergie et ont une meilleure autonomie. En fait, vous n'avez pas besoin de chercher trop longtemps pour trouver une chimie riche en Ni similaire à NMC 811 - c'est NCA, rendu célèbre par Panasonic et Tesla. Les cathodes NCA contiennent généralement 80% de Ni et 15% de Co, mais sont «dopées» avec de l'aluminium par opposition au manganèse (notez que ce n'est que là que les similitudes commencent).

Blog-NMC_compositions-e1519742044936.pngComparaison des différentes chimies des batteries - LCO, NCA et NMC - et leur composition matérielle / élémentaire (données extraites de Fu et al. (2) ).

Il convient de noter l'importance du Ni car il est largement responsable de la capacité de la cathode, le Mn et le Co aidant (au sens large) à la stabilité chimique et structurelle (3) . En fait, l'augmentation de la teneur en Ni est le moyen le plus efficace pour améliorer la capacité des batteries de pointe actuelles sans aller sur les territoires inexplorés des nouvelles compositions chimiques des batteries.

 

C'est bon?

C'est assez bon. Une teneur élevée en Ni est importante pour améliorer la capacité, donc une augmentation de 20% par rapport au NMC 622 (ou près de 50% par rapport au NMC 111) pousse la capacité du NMC 811 à environ 200 mAh / g (avec un potentiel de décharge moyen de .83,8 V) ( 3) . Pas un bond de géant, mais bien mieux que les cathodes NMC de la génération actuelle, et beaucoup disent qu'elle dominera l'industrie des batteries.

Blog-NMC_capacities.pngComparaison des compositions de cathodes NMC et de leurs capacités (avertissement - il ne s'agit que d'une comparaison approximative car chaque valeur représente une capacité moyenne dans plusieurs études universitaires, cependant, avec des tensions de coupure et des taux de décharge similaires (4) ; les valeurs exactes peuvent naturellement différer des autres universités ou commerciales).

 

C'est bon marché?

Il sera probablement moins cher que ses concurrents, mais cela prendra un certain temps.

Le principal argument simple pour NMC 811 est qu'il a besoin de moins de cobalt - seulement 10%, contre 20% dans NMC 622 (ou ~ 33% dans NMC 111). Et cela signifie de grosses économies car Co est un composant très cher avec une chaîne d'approvisionnement très discutable . Notez que les matériaux cathodiques représentent environ ¼ du coût de la cellule (5) . Alors que les prix du Ni et du Mn sont relativement bas et stables, le coût du Co a grimpé en flèche de plus de 200%, passant de ~ 35000 $ / tonne à> 75000 $, rien qu'en 2017.

Maintenant, l'autre côté de l'équation - NMC 811 est une chimie beaucoup plus sensible que NMC 111 (ou même NMC 622), donc sa production nécessitera non seulement des processus de synthèse améliorés, mais probablement aussi des étapes de post-traitement supplémentaires (6) . Tout cela augmentera inévitablement les coûts de fabrication. La raison? Haute teneur en nickel.

Le NMC est synthétisé avec du Ni à l'état oxydé Ni 3+ , et il est difficile d'y parvenir pour un pourcentage de Ni aussi élevé (80%). L'ensemble du processus est très sensible, en grande partie en raison de l'instabilité du Ni 3+ aux températures synthétiques élevées (1,7) . Par conséquent, même un écart mineur par rapport aux paramètres du processus a un fort impact sur la structure finale de la cathode… et les performances. De plus, la synthèse de NMC riche en Ni s'accompagne de résidus indésirables (principalement à base de Li) qui doivent être éliminés ou passivés via des étapes supplémentaires. Comme pour la synthèse, les conditions de post-traitement nécessitent un contrôle précis. Et n'oubliez pas - le NMC 811 est également sensible à l'humidité et à l'air (6) , ce qui rend sa manipulation et son stockage assez difficiles (8).

La production, le stockage et l'intégration de NMC 811 en tonnes seront plus difficiles qu'avec ses prédécesseurs. Pourtant, les fabricants apprendront, affineront, dimensionneront les processus et cela commencera à porter ses fruits. Et non seulement en raison de la faible teneur en Co du NMC 811, mais aussi grâce à sa capacité et sa densité d'énergie plus élevées, le $ / kWh final sera d'autant plus attrayant.

 

Est-il stable?

Ceci est un autre morceau délicat. En soi, le NMC 811 n'est pas très stable.

Encore une fois, c'est nickel. Il y a, par exemple, un problème de chimie: le Ni 4+ entièrement oxydé (ce que vous devriez obtenir après la charge) est réactif et sa quantité excessive augmente donc les réactions secondaires indésirables avec l'électrolyte (7,9) . Il y a un problème avec les matériaux: Mn et Co font un bon travail en maintenant la structure d'oxyde en couches NMC, donc leur réduction de contenu devrait entraîner une diminution de la stabilité structurelle du matériau (3,6) . Enfin, il y a un problème d'ingénierie: le NMC peut être chargé à une capacité plus élevée plus la tension de coupure est élevée, cependant, les composés de lithium résiduels (entre autres) rendent cela risqué car ils se décomposent à haute tension pour produire des gaz dangereux et gonfler le cellule (10,11) .

Pour ne pas le rendre plus problématique, mais les températures élevées aggravent tout - de la chimie à l'instabilité structurelle -, augmentant la dégradation, le gonflement des cellules et les risques d'emballement thermique.

Comme c'est souvent le cas, il faudra des compromis parce que la capacité et la durée de vie ne vont pas nécessairement de pair pour le NMC 811. Vous souvenez-vous de ce qui a été dit sur la chimie NCA? «Bonne capacité et puissance, mais durée de vie plus faible et problèmes de température élevée…»

Blog-ACS_image1.gifLes cathodes NMC riches en Ni sont sensibles aux températures élevées - libèrent plus d'O 2 que leurs homologues (photo de gauche) et subissent également plus de changements structurels (photo de droite) (12) (publié avec la permission de Nam et al., Copyright 2014 American Chemical Society ).

 

Est-ce sûr? Et comment ira-t-il mieux?

Si les gens sont à l'aise de conduire avec un pack de 500 kg de cellules NCA sous leurs sièges, ils iront aussi bien avec le NCM 811. Et beaucoup sera fait pour que la sécurité ne devienne pas un problème.

Les chercheurs étudient déjà plusieurs stratégies pour améliorer sa stabilité (1,3,6) , telles que le «dopage» avec d'autres éléments / matériaux pour améliorer la stabilité chimique et structurelle, enrobant la surface de la cathode pour «passiver» sa réactivité, en utilisant des additifs stabilisants dans l'électrolyte, ou renforcer la sécurité du séparateur. Une approche élégante consiste à synthétiser les particules NMC (les particules sont une forme courante dans laquelle les matériaux de cathode sont synthétisés), où la partie intérieure est NMC 811 riche en Ni et la partie extérieure un NMC riche en Mn plus stable (13, 14) . Cela garantit que la capacité de la cellule est largement conservée tandis que la surface de la cathode (d'où proviennent la plupart des problèmes) reste stable.

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L'idée de ce sujet c'est en fin de compte quantifier les variations des 2 types de cellules sur les 2 types de batteries de la ioniq dans leur fonctionnement. 

Avec des schémas assez explicites que je trouve intéressants à analyser. 

On comprend parfaitement pourquoi les choix de hyundai sur les systèmes de refroidissement des 2 batteries ainsi que leur gestion. 

L'article date de 2018 ! 

 

 

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Un article très intéressant, merci lank

juste la petite remarque pour etre puriste, tu as fait inversion dans le titre entre NMC et non NCM.
Merci encore.

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il y a 9 minutes, Andre44 a dit :

Un article très intéressant, merci lank

juste la petite remarque pour etre puriste, tu as fait inversion dans le titre entre NMC et non NCM.
Merci encore.

 

En réalité c'est l'article qui a inversé les termes, qui doit être NCM. 

Peut être à cause de la traduction. 

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Pour parler de référence de batterie sur la 28 kWh , voici ce que j'avais en référence il y a deux ans.

Donc ensuite quel est la vérité ?
 

Le I oniq EV a une batterie par LG Chem. 
Il comporte 192 cellules de type polymère en sachet disposées en série de 96 séries de 2 cellules parallèles. 
La capacité nominale du pack est de 78Ah. Par conséquent, la capacité nominale de chaque cellule est de 39Ah. 
La capacité totale en énergie est de 31 kWh (les informations fournies par les personnes interrogées par LG ne sont pas confirmées par un test de laboratoire.) 

La batterie du système I oniq EV est de 31 kWh et pèse 271,8 kg -> Densité d'énergie gravimétrique = 114 Wh / kg 

La cellule de la batterie utilisée dans l'Ioniq EV est probablement la LQ 1729-A2 de LG Chem 43Ah Cell. 
voir: Fiche produit PDF pour Lithium-Ion 43 Ah L3 LG Chem - LQ 1729-A2 Cellule 192 cellules * 43Ah * 3,75V = 30,96 kWh, ce qui confirme que la capacité totale de l'Ioniq EV est de 31 kWh. La densité d'énergie d'une seule cellule est de 161,25 Wh / 0,966 kg = 167 Wh / kg. 

Confirmé, ce sont bien des L3 d'installée 
voici une annonce de bat a vendre   (Mais pas en France)
En plus avec le taux de dégradation d'indiqué.


Cellules de batterie Hyundai Ioniq 2017. Batteries LG Chem L3 Lithium-Ion Cell à vendre avec les caractéristiques suivantes: 3,75 V @ 86 Ah total 290 Wh par cellule. Ils sont livrés en packs de 6S (6 cellules connectées en série) pour 1,75 KWh parfait pour un système 24 V. Les modules 2 x 6S en série sont parfaits pour les systèmes 48 V qui fournissent près de 3,5 KWh de puissance. Packs également de 10S pour 2,9 kWh pour une sortie de 37,5 V. Ces batteries proviennent d'un module de batterie de 28 kWh d'un Hyunday Ioniq 2017 alimenté à seulement 45000 km. Les batteries ont été testées et ont une capacité restante de 90%. Les batteries sont presque neuves et ont été testées.
 

image.png.9f373c524efbc34cd99cd42242797027.png

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Merci Iank pour cet article un peu ancien. Je viens de voir (références ?) que Hyundai avait renoncé à ces nouvelles cellules et s'oriente vers des cellules plus performantes (rapport poids/efficacité) pour ses prochains modèles.

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Intéressant mais du coup , comment interpréter ce document? j'ai un peu de mal.

Bien ou moins bien, du point de vue de l'utilisateur j'ai envie de dire plutôt moins bien, car on sait maintenant que la charge est ralentie probablement du fait justement de l'instabilité supérieur, ceci afin d'éviter la surchauffe.

Du point de vue du constructeur plutôt mieux , puisque moins cher et plus de capacité à volume équivalent.

J'ai eu une offre cette semaine pour une LLD de Ioniq 38 tonitruante et je suis en train d'hésiter quand même, car j'ai bien constaté lors de l'essai que j'avais fait de ce véhicule que la charge était beaucoup plus lente et j'ai regardé à nouveau la vidéo de Bjorn sur la recharge de la 38 et ça a finit de me mettre le seum :) mais les 10 kW en plus donne quand même une sécurité de plus dans le contexte actuel des bornes qu'on connait.

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il y a 12 minutes, louchebem73 a dit :

Intéressant mais du coup , comment interpréter ce document? j'ai un peu de mal.

Bien ou moins bien, du point de vue de l'utilisateur j'ai envie de dire plutôt moins bien, car on sait maintenant que la charge est ralentie probablement du fait justement de l'instabilité supérieur, ceci afin d'éviter la surchauffe.

Du point de vue du constructeur plutôt mieux , puisque moins cher et plus de capacité à volume équivalent.

J'ai eu une offre cette semaine pour une LLD de Ioniq 38 tonitruante et je suis en train d'hésiter quand même, car j'ai bien constaté lors de l'essai que j'avais fait de ce véhicule que la charge était beaucoup plus lente et j'ai regardé à nouveau la vidéo de Bjorn sur la recharge de la 38 et ça a finit de me mettre le seum :) mais les 10 kW en plus donne quand même une sécurité de plus dans le contexte actuel des bornes qu'on connait.

 

Pour résumer la densité énergétique de la NCM811 est une peu meilleure, sa tenue thermique un peu moins bonne. 

Sur le dernier schéma cela se traduit par une cellule de batterie qui rentre en zone rouge de sa capacité d'utilisation à 40°, pour 55° pour la cellule NCM622. 

 

En gros on paie le prix d'une autonomie un peu supérieure car ça reste dans une fourchette de 70km en moyenne, par une utilisation moins polyvalente du fait des contraintes thermiques des nouvelles cellule (la recharge). 

 

Après avoir retourné le truc dans tout les sens Ioniq 28 ou ioniq 38 si je devais changer, j'en arrive au constat personnel que... ben j'ai peur de regretter le surcout d'une voiture neuve VS les 70km moyens supplémentaires. (d'autant qu'à 24000km et 16 mois je considère avoir encore une voiture neuve LOL) 

Et que toutes mes grandes destinations habituelles nécessitent obligatoirement des recharges. Et c'est là que ça coince car je ne voudrais surtout pas me dire "ça allait bien plus vite avec la 28".

Donc à voir en fonction de tes trajets en somme. 

 

 

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Il y a 4 heures, Iank a dit :

Donc à voir en fonction de tes trajets en somme. 

C'est exactement ça , sur 50% de mes km, qui correspondent à mes trajets quotidiens, c'est un avantage car ça veut dire aller à la borne moins souvent vu que je n'ai pas de charge à domicile. Sur mes trajets régionaux comme pour Grenoble et bien ça revient quasi au même puisque quoi qu'il arrive (sauf peut-être en plein été sans prendre l'autoroute) , je suis obligé d'aller mettre un coup de charge pour faire l'aller/retour. Sur mes trajets de vacances, 5/6 fois par an, et bien cela dépend de la distance (en se fiant à ABRP) , plus la distance est longue, plus la 28 sera meilleure grâce à son temps de charge réduit, comme pour Barcelone où la 38 est donnée pour 20 minutes de plus par contre pour Gênes sur 400 km la 38 est donnée pour 5 minutes de moins. L'intérêt est de quand même avoir moins d'arrêts à prévoir mais plus longs.

Et après par contre l'offre de LLD que j'ai reçu est juste super intéressante, 235€/TTC mois pour 25000km/an sur 60 mois entretien inclus avec un apport de 4300€ au départ . 

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Posté(é) (modifié)
il y a 20 minutes, louchebem73 a dit :

Et après par contre l'offre de LLD que j'ai reçu est juste super intéressante, 235€/TTC mois pour 25000km/an sur 60 mois entretien inclus avec un apport de 4300€ au départ . 

 

C'est pour quelle finition ? 

Après en effet si tu y gagnes dans tes trajets, vas y fonce, ça se trouve tu y verras carrément un avantage et tu préféreras cette version de la ioniq ! 

On a pas la même variable économique car j'ai choisis l'achat intégral et chaque kilomètres que je fais avec ma 28 me reviendra moins cher que de changer ma ioniq pour n'importe quel autre VE de même catégorie, et l'aspect économique j'y tiens particulièrement notamment comparé à une autonomie un peu meilleure qui est dans mon utilisation purement anecdotique à partir du moment où dans mes trajets travail je recharge une fois par semaine, mais dans mes trajets privés je recharge obligatoirement. 

En effet là où je perds avec une ioniq 38 c'est à partir du seuil des 300 à 350km parcourus là où la recharge intermédiaire est penalisante. Encore plus dans des températures fraîches. C'est pourquoi ça bloque de mon côté. 

Il faut mesurer toutes les variables je pense avant de se lancer. 

Modifié par Iank

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il y a 13 minutes, Iank a dit :

C'est pour quelle finition ? 

Créative, mais je ne pense pas que ça change bcp sur une executive vu le faible écart de prix neuf, et j'en ai pas vraiment besoin, le cuir ouaih.. l'avertissement angle mort, circulation transversale, volant chauffant. ce n'est pas vraiment ce qui me sert le plus sur mon executive actuelle. Le gros plus de cette 38 est quand même sa connectivité et les infos supplémentaires en charge et en conduite. 

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il y a 40 minutes, louchebem73 a dit :

Créative, mais je ne pense pas que ça change bcp sur une executive vu le faible écart de prix neuf, et j'en ai pas vraiment besoin, le cuir ouaih.. l'avertissement angle mort, circulation transversale, volant chauffant. ce n'est pas vraiment ce qui me sert le plus sur mon executive actuelle. Le gros plus de cette 38 est quand même sa connectivité et les infos supplémentaires en charge et en conduite. 

 

Si t'as pas le hack, c'est sûr, si t'as le hack sur la 28, la 38 est limitée. 

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