28792

بررسي اثر افزودن عناصر باريم و استرانسيم به¬صورت مجزا بر ساختار، ريزساختار و خواص الكتروشيميايي ماده كاتدي LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2

كارشناسي ارشد

مهندسي مواد و متالورژي

1399

1402/6/29

دكتر سيد مرتضي مسعودپناه- دكتر محمد شيخ شاب بافقي

مهندسي مواد و متالورژي

ماده كاتدي LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2 (NCM811) داراي مزايايي ¬چون چگالي انرژي و ظرفيت ويژه بالا است. علي¬رغم اين ويژگي¬ها، پايداري چرخه¬اي ضعيفي دارد كه مي¬توان با روش¬هايي چون پوشش¬دهي و دوپ كردن با برخي يون فلزات بهبود داد. در اين پژوهش، تأثير دوپ كردن Ba2+ و Sr2+ به¬صورت مجزا بر ساختار، ريزساختار و خواص الكتروشيميايي ماده كاتدي NCM811 سنتز شده به¬روش احتراق محلولي انجام شد. بدين¬منظور، مقادير 5/1، 3 و 5 درصد مولي از اين عناصر در داخل ساختار NCM811 دوپ شدند. فاز ناخالصي در الگوهاي پراش پرتوي ايكس اين نمونه¬ها وجود نداشت. تمام پيك¬هاي مربوط به ماده NCM811 به¬خصوص پيك¬هاي (003) و (104) كه نسبت آن¬ها بيانگر درجه اختلاط كاتيوني است، قابل مشاهده بودند. نسبت I003/I104 براي نمونه¬هاي خالص، 3% Ba-NCM811 و 5%Sr-NCM811 به¬ترتيب 23/1، 52/1 و 36/1 به¬دست آمد كه نشان دهنده كاهش اختلاط كاتيوني با دوپ كردن باريم و استرانسيم به¬صورت مجزا است. بر اساس تصاوير ميكروسكوپ الكتروني روبشي، با دوپ كردن باريم اندازه ذرات از 40/0 بهm 49/0 و براي استرانسيم از 40/0 به m 46/0 افزايش يافته است. ظرفيت تخليه اوليه نمونه¬هاي خالص، 3% Ba-NCM811 و 5% Sr-NCM811 به¬ترتيب 08/125، 24/151و mA h g-108/138 در نرخ جريان C 1/0 به¬دست آمد كه نشان دهنده افزايش ظرفيت تخليه با دوپ كردن باريم و استرانسيم است. ظرفيت تخليه نمونه¬هاي خالص، 3% Ba-NCM811 و 5% Sr-NCM811 در نرخ جريان C 5/0 به¬ترتيب 17/80، 67/143 و 62/127mA h g-1 است و پس از 100 چرخه به¬ترتيب 02%/96، 28%/98 و %71/98 آن¬را حفظ كرده¬اند. براساس آزمون امپدانس الكتروشيميايي، مقاومت¬ Rctنمونه¬ها¬¬ي خالص، 3% Ba-NCM811 و 5% Sr-NCM811 به¬ترتيب 3/528، 3/364 و 6/462 Ω به¬دست آمد كه نشان مي¬دهد مقاومت¬ Rct پس از دوپ كردن كاهش پيدا كرده است. بنابراين، به¬نظر مي¬رسد كه درصد مناسب براي Ba2+ وSr2+، به¬ترتيب 3 و 5 درصد مولي، (3% Ba-NCM811 و 5%Sr-NCM811) است.

1402/07/08

Investigating the effect of Barium and Strontium doping separately on the structure, microstructure and electrochemical properties of cathode material LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2

9/19/2024 12:00:00 AM

LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2 (NCM811) is suitable for lithium ion batteries due to its advantages such as wide working voltage, very good energy density, high specific capacity. Nowadays, in order to improve the performance of NCM811, several methods such as surface coating and ion doping of elements into the structure of this material have been used. In this research, NCM811 was synthesized by solution combustion and calcined at 480 and 700 ℃ for 5 and 10 hours. In order to investigate the effect of barium and strontium doping separately, different percentages of these two elements were doped into the structure. The results showed that the optimal percentages for Ba2+ and Sr2+ are 3 and 5 mole percentage (3% Ba-NCM811 and 5% Sr-NCM811). There is no impurity phase in the X-ray diffraction patterns of these samples. All the peaks related to NCM811 material can be seen especially the peaks of (003) and (104). I003/I104 for 0%Ba/Sr-NCM811, 3% Ba-NCM811 and 5% Sr-NCM811 is 1.23, 1.52 and 1.36, respectively, which shows that the cation mixing has been reduced by Barium and Strontium doping separately. The initial discharge capacity of samples 0%Ba/Sr-NCM811, 3% Ba-NCM811 and 5%Sr-NCM811 was obtained as 125.08, 151.24 and 138.08 mA h g-1, respectively. Capacity retention at the rates of 0.1, 0.2, 0.5, 1 and 2 C for 0%Ba/Sr-NCM811, 3% Ba-NCM811 and 5% Sr-NCM811 was obtained as 21.13%, 64.80% and 65.72% ,respectively. Their capacity retention at 0.5 C and after 100 cycles was obtained as 96.02%, 98.28% and 98.71%, respectively. The results show the improvement of electrochemical performance of NCM811 material by doping barium and strontium separately.

باتري ليتيم يوني , ماده كاتدي NCM811 , عملكرد الكتروشيميايي , باريم , استرانسيم

lithium ion battery , NCM811 cathode material , electrochemical performance , barium , strontium

Kimia Goharshadi

Dr. Seyyed Morteza Masoudpanah - Dr. Mohammad Sheikh Shab Bafghi