• شماره ركورد
    34035
  • پديد آورنده

    ارتا سخن پژو

  • عنوان
    بررسي پارامترهاي آسياكاري و كلسيناسيون بر سنتز و عملكرد الكتروشيميايي ماده كاتدي NCM تهيه شده از مواد موجود در باتري هاي ليتيوم-يون مستعمل
  • مقطع تحصيلي
    كارشناسي ارشد
  • رشته تحصيلي
    مهندسي مواد و متالورژي- شناسايي، انتخاب و روش ساخت مواد مهندسي
  • سال تحصيل
    1401
  • تاريخ دفاع
    1404/6/23
  • استاد راهنما
    سيد مرتضي مسعودپناه
  • استاد مشاور
    /
  • دانشكده
    دانشكده مهندسي مواد و متالورژي
  • چكيده
    باتري‌هاي ليتيوم-يون به‌دليل چگالي انرژي بالا، طول عمر مناسب و بازده مطلوب، كاربرد گسترده‌اي در صنايع الكترونيك، خودروهاي برقي و سامانه‌هاي ذخيره‌سازي انرژي دارند. با افزايش مصرف اين باتري‌ها، بازيافت مواد كاتدي اهميت ويژه‌اي پيدا كرده است. در اين پژوهش، كاتدهاي مستعمل Ni₀.₅Co₀.₂Mn₀.₃O₂ (NCM523) به‌روش مكانوشيميايي شامل آسياكاري پرانرژي (HEBM) و كلسيناسيون دما‌بالا بازتوليد شدند. همچنين، اثر نوع پيش‌ماده، زمان آسياكاري و دماي كلسيناسيون بر ساختار و عملكرد الكتروشيميايي مورد بررسي قرار گرفت. نتايج بررسي نوع پيش‌ماده نشان داد تركيب NCM Oxide/Li₂CO₃ به‌دليل تشكيل ساختار لايه‌اي منظم با نسبت c/a برابر 4.97، كمترين ميزان اختلاط كاتيوني (R≈1.15) و بلورينگي بالا، بهترين عملكرد را ارائه مي‌دهد. در مقابل، پيش‌ماده‌هاي اگزالاتي به‌علت تجزيه چندمرحله‌اي و اتلاف ليتيوم، ساختاري نامنظم و متخلخل ايجاد كردند. فرآيند آسياكاري پرانرژي در زمان‌هاي بيش از 20 ساعت به‌دليل پديده كلوخه‌شدگي، ميانگين اندازه ذرات (D₅₀) تا حدود 610 نانومتر افزايش يافت. نمونه مربوط به زمان 20 ساعت، به‌دليل بيشترين نظم شبكه‌اي و بيشترين شدت پيك‌هاي (003) و (104)، به‌عنوان نمونه‌ي بهينه انتخاب گرديد. كلسيناسيون پس از فرآيند HEBM باعث بهبود بلورينگي و كاهش اختلاط كاتيوني شد. نمونه‌ي كلسينه‌شده در دماي 750 درجه سانتي‌گراد، با اندازه ذرات حدود 243 نانومتر، سطح ويژه 1.8 مترمربع بر گرم و نسبت c/aمعادل 4.97، بهترين تعادل بين نظم شبكه‌اي و پايداري ساختاري را نشان داد. افزايش دماي كلسيناسيون تا 800 درجه سانتي‌گراد موجب تبخير جزئي ليتيوم و افت ظرفيت ويژه شد، و در 850 درجه سانتي‌گراد به‌دليل رشد دانه‌ها تا حدود 90 نانومتر و كاهش تخلخل، عملكرد الكتروشيميايي كاهش يافت. در آزمون‌هاي الكتروشيميايي، نمونه‌ي بهينه با نام 750 °C،) ظرفيت ويژه اوليه mAh/g 155 در نرخ C 0.1 و بازده كولمبيك 98.7 درصد را نشان داد. پس از 100 چرخه، 91.2 درصد از ظرفيت اوليه حفظ شد. نتايج آزمون‌هاي نرخ‌پذيري و ولتامتر چرخه‌اي (CV) نيز بيانگر برگشت‌پذيري بهتر و پلاريزاسيون كمتر نسبت به ساير نمونه‌ها بود. تحليل EIS نشان داد مقاومت انتقال بار (Rct) 24 اهم و ضريب نفوذ يون ليتيوم معادل cm²/s 12-10 × 9.15 است. همچنين، نتايج XPS نسبت بالاتر Ni³⁺/Ni²⁺≈1.7 را در نمونه‌ي 750 درجه سانتي‌گراد تأييد كرد كه بيانگر پايداري شيميايي است.
  • تاريخ ورود اطلاعات
    1404/08/28
  • عنوان به انگليسي
    Investigation of effect of Ball-Milling an‎d Calcination parameters on the synthesis an‎d electrochemical performace of NCM cathode material prepared from spent Li-ion batteries
  • تاريخ بهره برداري
    9/14/2025 12:00:00 AM
  • دانشجوي وارد كننده اطلاعات

    ارتا سخن پژو

  • چكيده به لاتين
    Lithium-ion batteries, due to their high energy density, suitable lifespan, an‎d excellent performance, are widely used in electronics, electric vehicles, an‎d energy storage systems. With increasing deman‎d, sustainable recycling of their valuable materials has become crucial. In this study, spent NCM523 cathodes were regenerated using high-energy ball milling (HEBM) an‎d high-temperature calcination, with the effects of precursor type, milling time, an‎d calcination temperature on structure an‎d electrochemical performance systematically investigated. Regarding precursor effects, NCM Oxide/Li Carbonate formed a well-ordered layered structure with minimal cation mixing an‎d high crystallinity, outperforming other synthesis routes. These properties are critical for enhancing NCM cathode electrochemical performance. Conversely, oxalate-based precursors, due to multi-stage decomposition, gas release, an‎d potential lithium loss, produced irregular, porous structures with high cation mixing, rendering them unsuitable for electrochemical applications. The HEBM process, by repeatedly crushing particles an‎d increasing surface energy, reduced particle size an‎d improved structural properties. However, milling beyond 20 hours caused agglomeration, increasing the average particle size (D50) an‎d reducing size distribution uniformity. XRD results showed that the 20-hour milled sample, with the highest lattice order, lowest cation mixing, finer particle size, an‎d minimal agglomeration, exhibited the best structural an‎d microstructural properties, making it the optimal choice for further experiments. Calcination of NCM samples post-HEBM improved crystallinity, reduced cation mixing, an‎d optimized the layered structure. The sample calcined at 750°C achieved the best balance of lattice order, particle size, specific surface area, an‎d electrochemical stability. At 800°C, despite increased surface area, lithium evaporation reduced specific capacity. At 850°C, excessive grain growth an‎d reduced porosity further degraded performance. Electrochemical tests (rate capability, cycling) an‎d XPS analysis confirmed the superiority of the 750°C sample, with higher specific capacity, lower polarization, better reversibility, an‎d an optimal surface chemical structure.
  • كليدواژه هاي فارسي
    بازيافت مستقيم ماده كاتدي , NCM 523 , آسياب گلوله‌اي با انرژي بالا , كلسيناسيون
  • كليدواژه هاي لاتين
    Direct recycling of cathode material , NCM 523 , igh-energy ball milling , calcination
  • Author
    Arta Sokhan Pajooh
  • SuperVisor
    Dr. Masoudpanah