شماره ركورد
31309
پديد آورنده
عليرضا كشاورز
عنوان
بررسي تاثير پوشش فسفات استرانسيم بر ذرات ماده كاتدي NCM811 جهت بهبود چرخه پذيري
مقطع تحصيلي
كارشناسي ارشد
رشته تحصيلي
مهندسي مواد - شناسايي و انتخاب مواد مهندسي
سال تحصيل
1400
تاريخ دفاع
1403/06/28
استاد راهنما
دكتر سيد مرتضي مسعودپناه
استاد مشاور
-
دانشكده
مهندسي مواد و متالورژي
چكيده
ماده كاتد 811NCM كه با مقدار نيكل بالا مشخص ميشود، به دليل ظرفيت انرژي قابل توجهي كه دارد، بهطور گستردهاي در باتريهاي ليتيوم-يون استفاده ميشود. با اين حال، اين ماده با چالشهاي متعددي روبهروست كه از جمله آنها ميتوان به اختلاط كاتيونها، تخريب الكتروليت و چرخهپذيري ناكافي اشاره كرد. اين مشكلات ميتوانند به مرور زمان منجر به كاهش عملكرد و عمر باتري شوند. در اين پژوهش، براي حل مشكلات كاتدهاي غني از نيكل 811NCM، روش رسوب حمام شيميايي براي اعمال لايهاي از ماده استرانسيم فسفات بر روي سطح ذرات اين ماده كاتدي بهكار گرفته شد. در اين روش، محلول پيشسازههاي استرانسيم در دماي اتاق و فسفر در دماي ℃50 تهيه شدند و با اضافه كردن پودر ماده كاتدي 811NCM به محلول پيشسازه استرانسيم و سپس با اضافه كردن قطرهاي پيشسازه فسفر به اين مخلوط، پوشش استرانسيم فسفات برروي سطح ذرات كاتد 811NCM تشكيل شد. با تغيير در غلظت محلولهاي پيشسازههاي استرانسيم و فسفر، 3 درصد وزني متفاوت پوشش استرانسيم فسفات اعم از 5/1، 3 و 5/4 درصد وزني برروي سطح كاتد 811NCM اعمال شد و اثر درصد وزني پوشش برروي ساختار، ريزساختار و عملكرد الكتروشيميايي كاتد 811NCM مورد بررسي قرار گرفت. تجزيه و تحليل آزمون XRD نشان داد كه استفاده از مقدار مناسب پوشش استرانسيم فسفات هيچ تغييري در ساختار كريستالي 811NCM ايجاد نكرده و اختلاط كاتيوني در ساختار كاتد پوششدهي شده، رخ نداده است. تصاوير SEM از تمام نمونههاي پوشش داده شده نشان داد كه مورفولوژي تمامي آنها كروي بوده و بطور يكنواخت در سطح كاتد پوششدهي شد. همچنين، هر دو آزمون طيفسنجي رامان و طيفسنجي تبديل فوريه مادون قرمز تائيد كردند كه ماده استرانسيم فسفات بر روي سطح ماده كاتدي تشكيل شده است. بررسي عملكرد الكتروشيميايي نشان داد كه پوشش يكنواخت استرانسيم فسفات با ضخامت 9/5 نانومتر باعث افزايش چشمگير چرخهپذيري ماده كاتدي 811NCM شده و اين ماده كاتدي را قادر ساخته است تا پس از 100 چرخه شارژ/تخليه، 96 درصد از ظرفيت اوليه خود را در بازه ولتاژي 8/2 الي 4/4 ولت در نرخ جريان C1 حفظ كند. اين نتايج نشاندهنده پتانسيل بالاي استفاده از پوشش استرانسيم فسفات براي بهبود چرخهپذيري و عمر باتريهاي ليتيم-يون است.
تاريخ ورود اطلاعات
1403/07/15
عنوان به انگليسي
Investigating the effect of strontium phosphate coating on NCM811 cathode material particles to improve cycling performance
تاريخ بهره برداري
1/1/1900 12:00:00 AM
دانشجوي وارد كننده اطلاعات
عليرضا كشاورز
چكيده به لاتين
The NCM811 cathode material, characterized by its high nickel content, is
widely used in lithium-ion batteries due to its significant energy capacity.
However, this material faces several challenges, including cation mixing,
electrolyte degradation, and insufficient cycling stability. These issues can lead
to reduced battery performance and lifespan over time. In this study, a chemical
bath deposition method was employed to apply a layer of strontium phosphate
on the surface of NCM811 cathode particles to address these challenges. This
approach creates a continuous protective coating that acts as a barrier,
safeguarding the NCM811 particles from the harmful interactions between the
cathode surface and the electrolyte, such as acidic corrosion and surface crack
formation. Additionally, the coating enhances the diffusion coefficient of
lithium ions during charge/discharge cycles, leading to improved overall battery
performance. XRD analysis showed that the application of the strontium
phosphate coating did not alter the crystal structure of NCM811, indicating that
the coating was applied without negatively affecting the intrinsic structure of
the cathode. SEM images of all coated samples revealed that their morphology
was spherical, with uniform coverage on the cathode surface. Both Raman
spectroscopy and Fourier transform infrared spectroscopy confirmed that the
strontium phosphate material was uniformly formed on the cathode surface.
Electrochemical performance evaluation demonstrated that the strontium
phosphate coating, with a thickness of 5.9 nm, significantly improved the
cycling stability of the NCM811 cathode material, allowing it to retain 96% of
its initial capacity after 100 charge/discharge cycles within the voltage range of
2.8 to 4.4 V at a 1C discharge rate. These results highlight the high potential of
protective coatings to enhance the cycling stability and lifespan of lithium-ion
batteries.
كليدواژه هاي فارسي
باتري ليتيم-يون , استرانسيم فسفات , چرخه پذيري
كليدواژه هاي لاتين
NCM811
Author
Alireza Keshavarz
SuperVisor
Dr. Seyed Morteza Masoodpanah