Quelltext der Seite Lithium-Nickel-Mangan-Cobalt-Oxide

{{Infobox Chemikalie
| Strukturformel   = [[Datei:Lithium-cobalt-oxide-3D-balls.png|200px|Lithium-Nickel-Mangan-Cobalt-Oxid]]
| Kristallstruktur = ja
| Strukturhinweis  = {{Farbe|#935AB7|Kreis=1}} [[Lithium|Li<sup>+</sup>]] {{0}} {{Farbe|#6972B0|Kreis=1}} [[Nickel|Ni<sup>3+</sup>]], [[Mangan|Mn<sup>3+</sup>]] oder [[Cobalt|Co<sup>3+</sup>]] (ungeordnet) {{0}} {{Farbe|#EE0000|Kreis=1}} [[Sauerstoff|O<sup>2−</sup>]]
| Suchfunktion     = LiNiMnCoO2
| Andere Namen     = * Lithiumnickelmangancobaltoxid
* NMC, NCM, „LiNiMnCoO2“
| Summenformel     = Li<sub>''a''</sub>Ni<sub>''x''</sub>Mn<sub>''y''</sub>Co<sub>''z''</sub>O<sub>2</sub>, meist LiNi<sub>1−''y''−''z''</sub>Mn<sub>''y''</sub>Co<sub>''z''</sub>O<sub>2</sub>, z.&nbsp;B. LiNi<sub>0,33</sub>Mn<sub>0,33</sub>Co<sub>0,33</sub>O<sub>2</sub> oder LiNi<sub>0,6</sub>Mn<sub>0,2</sub>Co<sub>0,2</sub>O<sub>2</sub> (=NMC622)
| CAS              = {{CASRN|346417-97-8|KeinCASLink=1|Q0}}
| EG-Nummer        = 
| ECHA-ID          = 
| PubChem          = 
| ChemSpider       = 
| Beschreibung     = keramisches, schwarzes Pulver (Handelsform)<ref name="Sigma" />
| Molare Masse     = 96,40&nbsp;g·[[mol]]<sup>−1</sup> (NMC333)<br />
96,55&nbsp;g·mol<sup>−1</sup> (NMC532)<br />
96,93&nbsp;g·mol<sup>−1</sup> (NMC622)<br />
97,28&nbsp;g·mol<sup>−1</sup> (NMC811)
| Aggregat         = fest
| Dichte           = 
| Schmelzpunkt     = > 1000 [[Grad Celsius|°C]]<ref name="SigmaElSheet">{{Sigma-Aldrich|Aldrich|765163|Name=Lithium nickel manganese cobalt oxide; electrode sheet|Abruf=2020-02-29}}</ref>
| Löslichkeit      = <!-- ??? löslich in ???: g·l<sup>−1</sup> ( °C) <ref name="Quellname" /> -->
| Quelle GHS-Kz    = <ref name="Sigma">{{Sigma-Aldrich|Aldrich|761001|Name=Lithium nickel manganese cobalt oxide; powder, <0.5 μm particle size, >98 %|Abruf=2020-02-23}}</ref>
| GHS-Piktogramme  = {{GHS-Piktogramme|07|08}}
| GHS-Signalwort   = Achtung
| H                = {{H-Sätze|317|351}}
| EUH              = {{EUH-Sätze|-}}
| P                = {{P-Sätze|201|280|302+352|308+313}}
| Quelle P         = <ref name="Sigma" />
}}

'''Lithium-Nickel-Mangan-Cobalt-Oxide''', abgekürzt als Li-NMC, LNMC, '''NMC''' oder '''NCM''' bezeichnet, sind [[Mischoxide]] des [[Lithium]]s, [[Nickel]]s, [[Mangan]]s und des [[Cobalt]]s. Sie haben die allgemeine Formel Li<sub>''a''</sub>Ni<sub>''x''</sub>Mn<sub>''y''</sub>Co<sub>''z''</sub>O<sub>2</sub>. Die wichtigsten Vertreter haben eine Zusammensetzung mit ''x'' + ''y'' + ''z'' = 1. Diese sind mit [[Lithium-Cobalt(III)-oxid]] (LiCoO<sub>2</sub>) eng verwandt und haben wie dieses eine [[Schichtstruktur]]. Sie zählen heute zu den wichtigsten Speichermaterialien für Lithiumionen in [[Lithium-Ionen-Akkumulator]]en, siehe [[Nickel-Mangan-Cobalt-Akkumulator]]. Sie werden dort auf der Pluspolseite eingesetzt, die beim Entladen die [[Kathode]] bildet. Ein Akkumulator, der NMC nutzt, wird dementsprechend NMC-Akkumulator genannt; siehe dort auch die Abschnitte zu den [[Nickel-Mangan-Cobalt-Akkumulator#Eigenschaften|Eigenschaften der NMC-Zellen und Akkumulatoren]] und zur [[Nickel-Mangan-Cobalt-Akkumulator#Verwendung|Verwendung von NMC-Akkumulatoren]].

== Kurzbezeichnungen der Varianten ==
Für wichtige NMC-Varianten sind Kurzbezeichnungen üblich, die das Verhältnis von Nickel, Mangan und Cobalt angeben. So wird beispielsweise LiNi<sub>0,333</sub>Mn<sub>0,333</sub>Co<sub>0,333</sub>O<sub>2</sub> kurz als NMC111 oder auch als NMC333 bezeichnet, LiNi<sub>0,5</sub>Mn<sub>0,3</sub>Co<sub>0,2</sub>O<sub>2</sub> als NMC532 (oder NCM523), LiNi<sub>0,6</sub>Mn<sub>0,2</sub>Co<sub>0,2</sub>O<sub>2</sub> als NMC622 und LiNi<sub>0,8</sub>Mn<sub>0,1</sub>Co<sub>0,1</sub>O<sub>2</sub> als NMC811.

2020 bezeichnete eine Forschergruppe NMC111 als überholt, NMC622 als Stand der Technik und NMC811 als das kommende Material.<ref>{{Literatur |Autor=Xin Sun, Xiaoli Luo, Zhan Zhang, Fanran Meng, Jianxin Yang |Titel=Life cycle assessment of lithium nickel cobalt manganese oxide (NCM) batteries for electric passenger vehicles |Sammelwerk=Journal of Cleaner Production |Band=273 |Verlag=Elsevier |Datum=2020-11 |Seiten=123006 |DOI=10.1016/j.jclepro.2020.123006}}</ref>

Die Oxide Li<sub>''a''</sub>Ni<sub>''x''</sub>Mn<sub>''y''</sub>Co<sub>''z''</sub>O<sub>2</sub> mit ''a'' > 1 nennt man ''lithiumreich''.

== Eigenschaften ==
Die wichtigste, weil nützliche, Eigenschaft der Oxide vom NMC-Typ ist es, dass diese gemischten Lithiumoxide Lithiumionen und ein [[Elektron]] abgeben und wieder aufnehmen können. Beim Laden eines NMC-Akkus wird durch eine äußere Spannung die Abgabe von Elektronen und damit auch von Li<sup>+</sup> erzwungen. Es läuft also die Reaktion
:<chem>Li_{a}Ni_{x}Mn_{y}Co_{1-x-y}O2 -> Li_{a-k}Ni_{x}Mn_{y}Co_{1-x-y}O2 + k Li+ + ke-</chem>
ab, dabei wird das NMC [[Oxidation|oxidiert]]. Beim Entladen läuft die Reaktion in der umgekehrte Richtung ab und gibt dabei gleichzeitig elektrische Energie ab. Die Variable <chem>a</chem> in der Reaktionsgleichung hat beim Zusammenbau der Zellen oft den Wert eins. Die Variable <chem>k</chem> hat einen Wert deutlich unterhalb von <chem>a</chem> und damit unterhalb von eins, d.&nbsp;h., man kann bei gewöhnlich verwendeten Spannungen nicht alles Lithium aus dem Oxid extrahieren. Die Ladespannung von NMC-Akkus wird meist begrenzt, um die Zersetzung des Elektrolyten zu verhindern.<ref>{{Literatur |Autor=Roland Jung, Michael Metzger, Filippo Maglia, Christoph Stinner, Hubert A. Gasteiger |Titel=Chemical versus Electrochemical Electrolyte Oxidation on NMC111, NMC622, NMC811, LNMO, and Conductive Carbon |Sammelwerk=The Journal of Physical Chemistry Letters |Band=8 |Nummer=19 |Datum=2017-10-05 |DOI=10.1021/acs.jpclett.7b01927 |Seiten=4820–4825 }}</ref> NMC selbst kann eventuell auch bei höheren Spannungen arbeiten, z.&nbsp;B. wird für eine Variante eine maximale Ladespannung von 4,8&nbsp;V angegeben, wobei eine Kapazität von 210&nbsp;mAh/g erreicht werden kann.<ref name="SigmaElSheet" /> Die maximale Spannung und Kapazität hängt jedoch von der Zusammensetzung des NMC (d.&nbsp;h. von <chem>x</chem> und <chem>y</chem>) ab.<ref name="Oswald">{{Literatur |Autor=Stefan Oswald, Hubert A. Gasteiger |Titel=The Structural Stability Limit of Layered Lithium Transition Metal Oxides Due to Oxygen Release at High State of Charge and Its Dependence on the Nickel Content |Sammelwerk=Journal of The Electrochemical Society |Band=170 |Nummer=3 |Datum=2023-03-01 |DOI=10.1149/1945-7111/acbf80 |Seiten=030506 }}</ref>

== Vor- und Nachteile ==
NMC ist preiswerter als das bisher oft genutzte Lithium-Cobalt(III)-oxid LiCoO<sub>2</sub>, da Cobalt und Cobaltoxide relativ teuer sind. Im Vergleich zu LiCoO<sub>2</sub> können insbesondere nickelreiche NMC-Materialien mehr Kapazität zur Verfügung stellen.<ref name="Oswald"/> Im Gegensatz zum relativ umweltfreundlichen [[Lithiumeisenphosphat]] ist NMC wie viele Nickel- und Cobaltverbindungen vergleichsweise gefährlich und kann vermutlich Krebs erzeugen, wenn es in den Körper gelangt.

== Hersteller ==
Zu den bedeutenden Herstellern von NMC zählen die [[BASF]] sowie [[Umicore]]. Umicore fertigt NMC im chinesischen [[Jiangmen]]<ref name="Jiangmen" /> sowie in [[Südkorea]]<ref name="UmicoreK" /> und hat mit [[Samsung]] vereinbart, ab 2020 jährlich 80.000&nbsp;t NMC zu liefern<ref name="UmicoreK" />. Umicore will das Kathodenmaterial für den europäischen Markt in der polnischen Stadt [[Nysa]] herstellen<ref name="UmicoreNysa" />, die Verarbeitung zu Lithiumionenzellen durch [[LG Chem]] erfolgt ebenfalls in Polen.<ref name="UmicoreLGChem" /> Die BASF produziert NMC in ihrem Werk in [[Elyria (Ohio)|Elyria]], [[Ohio]].<ref name="BASF_ANL" />

== Historisches ==
Zu den Pionieren bei der Entdeckung und Erforschung von NMC zählt der an der [[Städtische Universität Osaka|Städtischen Universität Osaka OCU]] arbeitende Tsutomu Ohzuku, der 2001 erstmals in einer wissenschaftlichen Publikation über die heute NMC111 genannte Verbindung berichtete.<ref name="OhzukuMak2001" /> Zu den Entdeckern der lithiumreichen NMC-Varianten zählt [[Michael M. Thackeray]], der am [[Argonne National Laboratory]] (ANL) arbeitet.<ref name="Harmon" /> Das ANL hält Patente, die es unter anderem an die BASF lizenziert hat.<ref name="BASF_ANL" /><ref name="Harmon" />

== Einzelnachweise ==
<references>
<ref name="Jiangmen">{{Internetquelle |url=https://www.materialstoday.com/metal-industry/news/umicore-opens-cathode-plant/ |titel=Umicore opens cathode plant |werk=materialstoday.com |datum=2018-01-03 |sprache=en |offline=ja |archiv-url=https://web.archive.org/web/20200805135443/https://www.materialstoday.com/metal-industry/news/umicore-opens-cathode-plant/ |archiv-datum=2020-08-05 |archiv-bot= |abruf=2020-03-08}}</ref>
<ref name="UmicoreK">
{{Internetquelle
 |autor=Marjolein Scheers
 |url=https://www.umicore.com/en/media/press/umicore-announces-strategic-supply-agreement-with-samsung-sdi-for-nmc-cathode-materials
 |titel=Umicore announces strategic supply agreement with Samsung SDI for NMC cathode materials
 |werk=umicore.com
 |datum=2019-10-24
 |sprache=en
 |abruf=2020-03-08}}
</ref>
<ref name="UmicoreNysa">
{{Internetquelle
 |autor=Chris Randall
 |url=https://www.electrive.com/2018/06/02/umicore-sets-up-cathode-factory-in-poland/
 |titel=Umicore sets up cathode factory in Poland
 |werk=electrive.com
 |hrsg=Rabbit Publishing GmbH
 |datum=2018-06-02
 |sprache=en-US
 |abruf=2020-03-08}}
</ref>
<ref name="UmicoreLGChem">
{{Internetquelle
 |autor=Mark Kane
 |url=https://insideevs.com/news/372940/umicore-nmc-cathode-materials-lg-chem/
 |titel=Umicore To Supply NMC Cathode Materials For LG Chem Batteries
 |werk=insideevs.com
 |datum=2019-09-28
 |sprache=en
 |abruf=2020-03-08}}
</ref>
<ref name="BASF_ANL">
{{Internetquelle
 |autor=Michael Fetcenko
 |url=https://www.energy.gov/sites/prod/files/2014/11/f19/Fetcenko%20-%20Industry%20Partners%20Panel_0.pdf
 |titel=BASF-ANL Collaboration on NCM Cathode Materials
 |werk=www.energy.gov
 |hrsg=U.S. Department of Energy
 |datum=2014-11-04
 |format=PDF
 |sprache=en
 |abruf=2020-03-14}}
</ref>
<ref name="OhzukuMak2001">
{{Literatur
 |Autor=Tsutomu Ohzuku, Yoshinari Makimura
 |Titel=Layered Lithium Insertion Material of LiCo<sub>1/3</sub>Ni<sub>1/3</sub>Mn<sub>1/3</sub> O<sub>2</sub> for Lithium-Ion Batteries
 |Sammelwerk=[[Chemistry Letters]]
 |Band=30
 |Nummer=7
 |Datum=2001-07
 |Seiten=642–643
 |Kommentar=Mit Stand März 2020 wurde diese Arbeit laut Scopus über 1000-mal zitiert.
 |DOI=10.1246/cl.2001.642}}
</ref>
<ref name="Harmon">
{{Internetquelle
 |autor=Joseph E. Harmon
 |url=https://www.anl.gov/article/argonnes-debt-to-2019-nobel-prize-for-lithiumion-battery
 |titel=Argonne’s debt to 2019 Nobel Prize for lithium-ion battery {{!}} Argonne National Laboratory
 |werk=Argonne National Laboratory Feature Story
 |hrsg=Argonne National Laboratory, U.S. Department of Energy Office of Science
 |datum=2019-12-09
 |sprache=en
 |abruf=2020-03-14}}
</ref>
</references>

[[Kategorie:Lithiumverbindung]]
[[Kategorie:Cobaltverbindung]]
[[Kategorie:Manganverbindung]]
[[Kategorie:Nickelverbindung]]
[[Kategorie:Sauerstoffverbindung]]
[[Kategorie:Beschränkter Stoff nach REACH-Anhang XVII, Eintrag 27]]