18945

۱۸۹۴۵

طراحي و بهبود فرايند توليد ماده كاتدي (LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2(NMC مورداستفاده در باتري ليتيم يون به روش آسياكاري پرانرژي

كارشناسي ارشد

استخراج فلزات

۱۳۹۶/۱۲/۰۶

دكتر مسعود گودرزي - دكتر شمس الدين ميردامادي

دكتر رضا رياحي فر

مواد و متالورژي

در حال حاضر باتري¬هاي ليتيم يون به دليل داشتن ويژگي¬هايي همچون سبك بودن، داشتن چگالي انرژي بالا، خود تخليه¬اي كم، تعداد سيكل شارژ و تخليه زياد، دوستدار محيط‌زيست بودن و ايمني بالاتر در مقايسه با ديگر انواع باتري، يكي از مهم‌ترين منابع ذخيره انرژي به شمار مي-روند. در اين پژوهش سنتز كاتد LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2 با استفاده از آسياكاري پرانرژي به‌منظور حذف و يا كاهش زمان و دماي عمليات حرارتي مورد بررسي قرار گرفت. بدين منظور مواد اوليه ابتدا در دو زمان 20 و 36 ساعت در كاپ فولادي آسياكاري شده و نتايج تفرق اشعه ايكس نشان داد كه تنها با آسياكاري سنتز انجام‌نشده و نيازمند عمليات حرارتي مي¬باشيم. لذا سه گروه از مواد، آسياكاري نشده، 20 ساعت آسياكاري شده و 36 ساعت آسياكاري شده در بازه¬ي دمايي 600 تا 850 درجه سانتي‌گراد به مدت چهار ساعت تحت عمليات حرارتي قرار گرفتند. نتايج تفرق اشعه ايكس نشان داد كه تنها نمونه 20 ساعت آسياكاري شده و عمليات حرارتي شده در دماي 850 درجه سانتي‌گراد بدون ناخالصي بوده و سنتز به‌صورت كامل انجام‌شده است. تصاوير ميكروسكوپ الكتروني روبشي نيز توزيع اندازه دانه يكنواخت با ميانگين اندازه 6/1 ميكرون را نشان داد. همچنين آناليز توزيع عناصر نيز توزيع عناصر يكنواختي را براي اين نمونه ارائه داد. جهت بررسي عملكرد الكتروشيميايي كاتد سنتز شده و تائيد پيش¬بيني¬هاي صورت گرفته از تست شارژ و تخليه باتري در محدوده¬ي 5/2-3/4 ولت استفاده شد كه ظرفيت تخليه اوليه¬ي mAh/g 3/134 براي اين نمونه¬ به دست آمد. نتايج EDX و جذب اتمي وجود عنصر آهن ناشي از آسياكاري را در نمونه¬هاي آسياكاري شده نشان داد. نتايج جذب اتمي ميانگين درصد وزني آهن در نمونه¬هاي 20 ساعت آسياكاري شده را 20/3 و در نمونه¬هاي 36 ساعت آسياكاري شده 63/3 نشان داد. لذا به‌ منظور بررسي تأثير آهن ‌بر خواص الكتروشيميايي، مواد اوليه در كاپ زيركونيايي به مدت 20 ساعت آسياكاري شده و در دماي 850 درجه سانتي‌گراد به مدت چهار ساعت حرارت ديدند. نتايج تفرق اشعه ايكس تفاوتي را با نمونه آسياكاري شده در كاپ فولادي نشان نداد؛ اما آزمون شارژ و تخليه ظرفيت تخليه mAh/g 4/139 را نشان داد؛ كه بيانگر تأثير منفي عنصر آهن ‌بر خواص الكتروشيميايي است. واژه‌هاي كليدي: باتري ليتيم يون، آسياكاري، كاتد LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2، عنصر آهن، خواص الكتروشيميايي

1397/03/21

6/11/2018 12:00:00 AM

At this moment lithium-ion battery because of having some features like low weight, high energy density, low self-discharge, environment-friendly, and safety comparison by another type of battery is considered as one of the most important energy-saving resources. In this study, synthesis the LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2 cathode material by high energy ball milling in order to elimination or reducing the time and temperature of heat treating was investigated. For this purpose precursors were milled for 20h and 36h. XRD result showed that only with milling, the product did not produce so heating is necessary. For this purpose three group of materials, without milling, 20h milling and 36h milling at temperature range 600-850°C for 4h heat treated. XRD results showed that only 20h milling and heating at 850°C can synthesis completely. SEM result showed that particle has a homogeneous size distribution with 1.6 average sizes. The electrochemical test was done at 2.5-4.3V and discharge capacity was 134.4 mAh/g. EDS and ICP result showed the existence of Fe element in the product. ICP result showed that there is 3.20 weight percent in 20h milled sample and 3.63 weight percent in 36h milled samples. So for studying the effect of Fe on electrochemical properties, precursors milled in zirconia vial and heated at 850°C for 4h. XRD result did not show any differences with steel vial, but discharge capacity for zirconia sample was 139.4 mAh/g and indicating the worse effect of Fe on electrochemical properties. Keywords: lithium-ion battery, ball milling, LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2 cathode, Fe element, electrochemical properties