شماره ركورد
34017
پديد آورنده
فاطمه نجاري معارف
عنوان
بررسي تاثير تركيب پارامترهاي اعمالي پوشش لانتانيوم-سريم فسفات بر ذرات مادهي كاتدي NCM811جهت كاربرد بهعنوان ماده كاتدي در باتري ليتيوم-يون
مقطع تحصيلي
كارشناسي ارشد
رشته تحصيلي
مهندسي مواد و متالورژي - گرايش شناسايي و انتخاب مواد مهندسي
سال تحصيل
1402
تاريخ دفاع
1404/07/30
استاد راهنما
دكتر مسعودپناه - دكتر اعلم الهدي
استاد مشاور
-
دانشكده
مواد و متالورژي
چكيده
باتري هاي ليتيوم-يون به دليل چگالي انرژي بالا عمر طولاني و ابعاد كوچك در وسايل الكترونيكي قابل حمل و خودروهاي برقي كاربرد گسترده اي دارند. بااين حال مشكلاتي همچون پايداري حرارتي و ساختاري چالش هايي در عملكرد اين باتري ها ايجاد مي كند. از ميان مواد كاتدي NCM811 به دليل نسبت بالاي نيكل ظرفيت انرژي بالايي ارائه مي دهد؛ اما در برابر اكسيداسيون و تخريب ساختار در طول چرخه هاي طولاني شارژ و تخليه آسيب پذير است. ازاين رو اصلاح سطح ذرات به عنوان راهكاري مؤثر براي بهبود عملكرد الكتروشيميايي موردتوجه قرار گرفته است. در اين پژوهش هدف به كارگيري پوشش لالنتانيوم فسفات سريم فسفات و لانتانيوم-سريم فسفات بر سطح NCM811 و مقايسه ي اين سه پوشش بر پايداري و انتقال يون هاي ليتيوم در فصك مشترك الكترود الكتروليت بوده است. پوشش دهي با روش رسوب حامام شيمايي انجام شده و نمونه ها پس از خشك شدن و بدون انجام فرايند كلسينه با طيفي از آناليزها مشخصه يابي شدند . حذف فرايند كلسينه باعث بهبود ساختار و ايجاد پوشش يكنواخت بر روي سطح كاتد NCM811 شد. در ادامه آناليزهاي ميكروسكوپ الكتروني روبشي (SEM) و پراش اشعه ايكس (XRD) نشان داد كه فرايند پوشش دهي ساختار ماده ي كاتدي NCM811 را دچار تغييري نكرده است و مورفولوژي نيز دستخوش تغيير نشده است و همچنين ساختار لايه اي دچار اختلاط كاتيوني نشده است. آناليزهاي طيف سنجي فوتوالكترون اشعه ايكس (XPS) طيف سنجي تبد يك فوريه فروسرخ (IR-FT) و طيف سنجي رامان، حضور پوشش فسفاتي را بر روي سطح NCM811 تأييد كردند. سپس عملكرد الكتروشيميايي نمونه ها با آزمون هاي نرخ پذيري چرخه پذيري ولتامتري چرخه اي طيف سنجي امپدانس و تتراسيون متناوب گالوانواستات بررسي شد. نتايج نشان داد كه پوشش LaCePO4 در مقايسه با دو پوشش LaPO4 و CePO4 داراي كمترين افت ظرفيت تخليه (130.7/ 126.5 g/mA) و نسبت به NCM811 تجاري بيشترين ميزان برگشت پذيري (91.2/80.1 %) پس از 100 چرخه در نرخ جريان C 1 و بازه ولتاژ V 2.8-4.4 را دارد و بالاترين بازده كولومبيك (%99.9/98.59) را نيز از خود نشان داده است همچنين ميزان مقاومت انتقال بار از مقدار 30.81 Ω به 11.72 Ω كاهش پيدا كرده است و ضرايب نفوذ به دست آمده در اين نمونه از مقدار-12 10×8.1 به -13 10× 1.2 افزايش يافته است.
در نهايت لايه اي همگن با ضخامت مطلوب ايجاد كرده است كه از تخريب ساختار جلوگيري كرده جلوي واكنش هاي جانبي (توليد HF و گاز اكسيژن) را گرفته و لايه اي محافظ در برابر سطح كاتد و الكتروليت است و به بهبود عملكرد باتري منجر شده است.
تاريخ ورود اطلاعات
1404/08/14
عنوان به انگليسي
Investigating the effect of the combination of applied parameters of lanthanum-cerium phosphate coating on NCM811 cathode material particles for use as cathode material in lithium-ion batteries
تاريخ بهره برداري
10/22/2025 12:00:00 AM
دانشجوي وارد كننده اطلاعات
فاطمه نجاري معارف
چكيده به لاتين
Lithium-ion batteries are widely used in portable electronics and electric
vehicles due to their high energy density, long life, and small size. However,
problems such as thermal and structural stability pose challenges to the
performance of these batteries. Among the cathode materials, NCM811 offers
high energy capacity due to its high nickel content; however, it is vulnerable to
oxidation and structural degradation during long charge and discharge cycles.
Therefore, particle surface modification has been considered as an effective
solution to improve electrochemical performance. In this study, the aim was to
apply lanthanum phosphate, cerium phosphate, and lanthanum-cerium phosphate
coatings on the surface of NCM811 and compare these three coatings on the
stability and transport of lithium ions at the electrode/electrolyte interface. The
coating was performed by chemical bath deposition method and the samples were
characterized by a range of analyses after drying and without calcination process.
The elimination of calcination process improved the structure and created a
uniform coating on the surface of NCM811 cathode. Next, scanning electron
microscopy (SEM) and X-ray diffraction (XRD) analyses showed that the coating
process did not change the structure of the NCM811 cathode material, the
morphology was not changed, and the layer structure did not undergo cation
mixing. X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), Fourier transform infrared
spectroscopy (FT-IR) and Raman spectroscopy analyses confirmed the presence
of phosphate coating on the NCM811 surface. Then, the electrochemical
performance of the samples was investigated by rate capability, cyclability, cyclic
voltammetry, impedance spectroscopy and galvanostat intermittent titration tests.
The results showed that the LaCePO4 coating had the lowest discharge capacity
loss (130.7/126.5 mA/g) compared to the two LaPO4 and CePO4 coatings, and
had the highest capacity retention (80.1/91.2%) compared to the commercial
NCM811 after 100 cycles at a current rate of 1 C and a voltage range of 2.8-4.4
V, and had the highest Coulombic efficiency (98.59/99.9%). The charge transfer
resistance had also decreased from 30.81 Ω to 11.72 Ω, and the diffusion
coefficients obtained in this sample had increased from 8.1 × 10-13 to 1.21 × 10-
12. Finally, it created a homogeneous layer with a desirable thickness that
prevented structural degradation, prevented side reactions (production of HF and
oxygen gas), and was a protective layer against the cathode and electrolyte
surfaces, leading to improved battery performance.
كليدواژه هاي فارسي
كاتد NCM811 , باتري ليتيوم-يون , پوشش فسفاتي , لانتانيوم , سريم
كليدواژه هاي لاتين
NCM811 cathode , lithium-ion battery , phosphate coating , cerium , lanthanum
Author
Fatemeh Najary Maaref
SuperVisor
Dr. Seyed Morteza Masoudpanah, Dr. Somayeh Alamolhoda