28721

بررسي ساختار، ريزساختار و عملكرد الكتروشيميايي ماده كاتدي LiNi0.5Mn1.5O4 سنتز شده به روش احتراق محلولي

كارشناسي ارشد

مواد و متالورژي

1399-1402

1402/6/20

دكتر سيد مرتضي مسعودپناه - دكتر سميه اعلم الهدي

مواد و متالورژي

ماده كاتدي اسپينلي(LMNO) LiNi0.5Mn1.5O4 با ساختار هاي سه بعدي براي نفوذ ليتيوم، دانسيته انرژي بالا (Whkg-1 650) و به دليل ولتاژ كاري بالا (Li/Li+ ~ 7/4) در ذخيره سازي انرژي در وسايل الكترونيكي مورد توجه قرار گرفته اند. در اين پژوهش، ماده كاتدي LiNi0.5Mn1.5O4 به روش سنتز احتراق محلولي، با استفاده از ماده ي پلي وينيل پيروليدون به عنوان سوخت در نسبت هاي مختلف 5/0، 1 ،2 و 3 و دماهاي كلسيناسيون C°600 ، C°700 ، C°800 به مدت 2 ساعت در كلسيناسيون تك مرحله اي و دماي C°450 به مدت 2 ساعت و سپس C°800 به مدت 4 ساعت د كلسيناسيون دو مرحله اي سنتز شد. پودر هاي سنتز شده با آزمون هاي ميكروسكوپ هاي الكتروني روبشي و پراش پرتو ايكس مورد سنجش قرار گرفتند كه نتايج پراش پرتو ايكس تشكيل فاز نهايي LiNi0.5Mn1.5O4 را تاييد مي¬كنند. خواص الكتروشيميايي پودرها نيز به منظور سنجش عملكرد آن ها به عنوان كاتد باتري مورد بررسي قرار گرفتند. نتايج ميكروسكوپ الكتروني روبشي نشان مي¬دهد كه پودر هاي سنتز شده با نسبت هاي مختلف سوخت به اكسيدكننده ها، ميانگين اندازه ذراتي بين 1 تا 2 ميكرومتر توليد كردند كه از اين ميان نسبت سوختي 5/0 كلسينه شده در شرايط C°600 به مدت 2 ساعت، با اندازه ذرات 4/1 ميكرومتر بالاترين ظرفيت دشارژ mAhg-1 110 را در نرخ C1/0 فراهم نمود. همچنين ظرفيت دشارژ mAhg-1 90 بعد از 50 سيكل در نرخ C5/0 براي اين نمونه حاصل شد كه مي¬توان گفت خواص الكتروشيميايي قابل توجه اين نمونه به علت مقاومت پائين تر الكترود درآزمون طيف سنجي امپدانس الكتروشيميايي است. در بررسي شرايط مختلف كلسيناسيون، نمونه كلسينه شده در كلسيناسيون دو مرحله اي شامل C°450 به مدت 2 ساعت و سپس C°800 به مدت 4 ساعت، ظرفيت دشارژ mAhg-1 104 را بعد از 50 سيكل در نرخ C5/0 فراهم نمود كه به علت اندازه ي ريز ذرات با توزيع يكنواخت حاصل شده در اين شرايط كلسيناسيون است.

1402/06/29

Investigation of the Effect of Solution combustion synthesis Parameters on the Structure, Microstructure and electrochemical Properties of LiNi0.5Mn1.5O4

9/10/2024 12:00:00 AM

LiMn1.5Ni0.5O4 powders were prepared by solution combustion synthesis method using the various amounts of polyvinylpyrrolidone (PVP) as fuel. The single phase LiMn1.5Ni0.5O4 powders with disordered spinel crystal structure (space group of Fd3m) were easily formed following calcination at 600 °C for 2 hours as characterized by X-ray powder diffractometry and Raman spectroscopy techniques. The scanning electron microscopy images showed that the average size of octahedral-like LiMn1.5Ni0.5O4 particles (1-2 m) were dependent on the fuel to oxidant ratio via the adiabatic combustion temperature. The LiMn1.5Ni0.5O4 powders synthesized at the fuel to oxidant ratio of 0.5 had the highest specific capacity of 110 mAhg-1 at a current rate of 0.1C. Furthermore, the LiMn1.5Ni0.5O4 powders had a high cycling performance by retaining the specific capacity of 90 mAhg-1 for 50 cycles at a current rate of 0.5C. The higher electrochemical performance was attributed to the lower electrode resistance analyzed by electrochemical impedance spectroscopy. The influence of the calcination temperature at low temperatures and short times on the performance of the LiNi0.5Mn1.5O4 for high power lithium ion battery applications was investigated. Different impacts of the calcination procedures on the Mn3+ content, morphology formation, particle size distribution, and their relation to electrochemical properties such as rate capability, cyclic stability, electrochemical impedance spectra, and lithium ion diffusion are explored. The agglomeration and particle size distribution have been controlled by rock-salt phase impurities (LixNi1-xO2) in powders calcined at 800 °C for 4 hours, which obtain a capacity of 104 mAh g-1 after 50 cycles at 0.5C with 99% stability and best rate capability. However, LiNi0.5Mn1.5O4 powders calcined at 600 °C for 2 hours, with the lowest Mn3+ reaching 110 mAh g-1 discharge capacity at 0.1C.

سنتز احتراق محلولي , باتري ليتيوم يوني

Solution combustion synthesis , Li-ion battery

Mehran Azari

Dr. Seyyed Morteza Masoudpanah - Dr. Sommayeh Alamolhoda