22337

بررسي خواص و ويژگي هاي ماده كاتدي LiNi0.5Mn1.5O4 سنتز شده به روش هيدروترمال

كارشناسي ارشد

شناسايي و انتخاب مواد مهندسي

1399/3/19

دكتر سيدمرتضي مسعودپناه - دكتر منصور سلطانيه

مواد و متالورژي

باتري‌هاي ليتيم يوني به‌طور گسترده در وسايل الكترونيكي قابل حمل مانند تلفن‌هاي همراه و دوربين‌ها به دليل دانسيته انرژي بالا، ولتاژ كاري بالا و طول عمر سيكلي مورد استفاده قرار گرفته‌اند. خواص الكتروشيمي باتري‌هاي ليتيم يوني وابسته به ماده كاتدي است كه در ميان انواع مواد كاتدي، ساختار اسپينلي LiNi0.5Mn1.5O4 با كانال‌هاي سه بعدي براي نفوذ ليتيم، به دليل ولتاژ كاري (Li / Li+ ~ 7/4) و دانسيته انرژي بالا ( Whkg-1650) مورد توجه قرار گرفته است. در اين پژوهش، ماده كاتدي LNMO به روش هيدروترمال و با استفاده از اسيد اگزاليك به عنوان عامل رسوب‌دهنده بعد از كلسينه در دماي بالا سنتز شد. در اين پزوهش اثر دماي هيدروترمال، زمان كلسينه، غلظت واكنش‌دهنده‌ها و همچنين اثر حضور اسيد سيتريك با نسبت‌هاي يك و سه مورد بررسي قرار گرفت. پودرهاي سنتز شده با آزمون‌هاي پراش پرتو ايكس، حرارتي افتراقي/ وزني، طيف‌ سنجي تبديل فوريه مادون قرمز، ميكروسكوپ الكتروني روبشي طيف سنجي فوتوالكترون پرتو ايكس و اسپكتومتري نشري پلاسماي جفت شده القايي مشخصه‌يابي شدند. همچنين خواص الكتروشيمي آن‌ها مورد بررسي قرار گرفت. پودرهاي سنتز شده با استفاده از نسبت‌هاي مختلف اسيد سيتريك (1 و 3) نشان دادند كه با كاهش نسبت اسيد سيتريك اندازه ذرات از 303 به nm 275 كاهش مي‌يابد. همچنين بررسي افزايش غلظت واكنش‌دهنده‌ها، افزايش رشد ذرات را در حين فرآيند هيدروترمال نشان داد. طبق نتايج، ماده كاتدي LNMO سنتز شده تحت دماي ℃ 140 كه به مدت 2 ساعت تحت دماي ℃ 800 كلسينه شده‌اند، با اندازه ذرات nm 513 با مورفولوژي هشت‌وجهي شكل، داراي ظرفيت دشارژ mAhg-1 48/73 در نرخ C2/0 است كه نسبت به ديگر نمونه‌ها خواص الكتروشيمي بهتري را ارائه داده است.

1399/06/03

Investigation of Properties and Characteristics of LiNi0.5Mn1.5O4 Cathode Material Synthesized By Hydrothermal Methode

9/30/2020 12:00:00 AM

Lithium-ion batteries (LIB) are widely used in portable electronic device, for instance mobile phone and cameras due to high energy density, high working voltage and long cycle lif. The electrochemical properties of LIBs depend on cathode materials. Among various cathode materials, the spinel structure LiNi0.5Mn1.5O4 (LNMO) with a three dimensional channel for the migration of lithium ions has been considered because of its high energy density (650 Whkg-1) and high working voltage (~ 4.7 vs. Li/Li+). In this Study, LNMO cathode material synthesized by hydrothermal methode using oxalic acid as precipitant agent followed by high temperature calcination. In this investigation, The effect of hydrothermal temperature, calcination time, concentration of reactants and influence of the citric acid present with different ratios (1,3) have been investigated. Synthesized powder have been characterized by X-ray diffraction, Simultaneous Thermal Analysis, Fourier Transform Infrared Spectroscopy, Scanning Electron Microscopy, X-ray Photoelectron Spectroscopy, Inductively Coupled Plasma mass Spectrometery and electrochemical test. Synthesized powder using different ratios of citric acid showed the particle size decreased with the ratios of citric acid decreasing (303 to 275nm). Moreover checking of the increase of the reactants concentration revealed an increase in particle growth during the hydrothermal process. According to the results LNMO cathode material synthesized at 140 ℃ after Calcined for 2 hours at 800 ℃ , with a particle size of 513 nm and octahedral shape morpholog have provided discharge capacity 73.14 mAhg-1 at 0.2C rate which has better electrochemical properties than other samples.