NCM

NCM signifie nickel-cobalt-manganèse, un matériau de cathode à oxyde lamellaire utilisé dans les cellules lithium-ion. Les trois métaux sont mélangés sous forme d'oxyde, généralement dans des proportions exprimées en NCM111 (parties égales), NCM532 (5 parts de nickel, 3 parts de cobalt, 2 parts de manganèse) ou NCM811 (8:1:1). La cathode reçoit les ions lithium pendant la décharge, et la structure métallique mixte offre un équilibre entre densité d'énergie, durée de vie et stabilité thermique qui en a fait la chimie dominante dans les batteries de véhicules électriques depuis les années 2010.

La teneur en nickel détermine la densité d'énergie volumétrique : plus de nickel signifie plus d'intercalation de lithium par unité de masse. Le cobalt améliore la stabilité structurelle et la conductivité électrique, mais il est coûteux et soulève des préoccupations éthiques en matière d'approvisionnement. Le manganèse est le modérateur de coût et le stabilisateur thermique ; il réduit la perte d'oxygène qui peut déclencher des réactions d'emballement. Ce compromis, qui consiste à augmenter le nickel tout en réduisant le cobalt, explique le passage de l'industrie du NCM111 au NCM811 et au-delà, où certains fabricants expérimentent maintenant le NCM9.5.5.

Performance et dégradation

Les cellules NCM délivrent généralement 150 à 250 Wh/kg selon la fraction de nickel et l'architecture de la cellule. Elles tolèrent une charge rapide modérée sans dommages catastrophiques, bien que les températures élevées et les cycles profonds accélèrent la dissolution du manganèse dans l'électrolyte, ce qui corrode l'anode et augmente la résistance. La surcharge provoque un dégagement d'oxygène de la structure de la cathode, ce qui constitue un risque pour la sécurité. La tension nominale de la cellule est d'environ 3,6 à 3,7 V, ce qui nécessite des packs série-parallèle et des circuits d'équilibrage pour la sécurité du système.

Le NCM est en concurrence directe avec le phosphate de fer et de lithium (LFP), qui sacrifie la densité d'énergie pour une stabilité thermique supérieure et un coût par cycle inférieur. Pour les applications nécessitant une autonomie maximale par kilogramme, les véhicules électriques de tourisme, les drones, l'aérospatiale, le NCM reste le choix. Pour le stockage stationnaire, les bus avec des cycles profonds fréquents et les marchés sensibles aux prix, le LFP domine de plus en plus. La géographie compte également : l'adoption du LFP est plus forte en Chine, où les chaînes d'approvisionnement en minéraux et l'échelle de fabrication diffèrent de celles des fabricants de batteries occidentaux toujours engagés dans le NCM à plus forte teneur en nickel.