طراحي و بهبود فرايند توليد ماده كاتدي (LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2(NMC مورداستفاده در باتري ليتيم يون به روش آسياكاري پرانرژي

كارشناسي ارشد

در حال حاضر باتري¬هاي ليتيم يون به دليل داشتن ويژگي¬هايي همچون سبك بودن، داشتن چگالي انرژي بالا، خود تخليه¬اي كم، تعداد سيكل شارژ و تخليه زياد، دوستدار محيط‌زيست بودن و ايمني بالاتر در مقايسه با ديگر انواع باتري، يكي از مهم‌ترين منابع ذخيره انرژي به شمار مي-روند. در اين پژوهش سنتز كاتد LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2 با استفاده از آسياكاري پرانرژي به‌منظور حذف و يا كاهش زمان و دماي عمليات حرارتي مورد بررسي قرار گرفت. بدين منظور مواد اوليه ابتدا در دو زمان 20 و 36 ساعت در كاپ فولادي آسياكاري شده و نتايج تفرق اشعه ايكس نشان داد كه تنها با آسياكاري سنتز انجام‌نشده و نيازمند عمليات حرارتي مي¬باشيم. لذا سه گروه از مواد، آسياكاري نشده، 20 ساعت آسياكاري شده و 36 ساعت آسياكاري شده در بازه¬ي دمايي 600 تا 850 درجه سانتي‌گراد به مدت چهار ساعت تحت عمليات حرارتي قرار گرفتند. نتايج تفرق اشعه ايكس نشان داد كه تنها نمونه 20 ساعت آسياكاري شده و عمليات حرارتي شده در دماي 850 درجه سانتي‌گراد بدون ناخالصي بوده و سنتز به‌صورت كامل انجام‌شده است. تصاوير ميكروسكوپ الكتروني روبشي نيز توزيع اندازه دانه يكنواخت با ميانگين اندازه 6/1 ميكرون را نشان داد. همچنين آناليز توزيع عناصر نيز توزيع عناصر يكنواختي را براي اين نمونه ارائه داد. جهت بررسي عملكرد الكتروشيميايي كاتد سنتز شده و تائيد پيش¬بيني¬هاي صورت گرفته از تست شارژ و تخليه باتري در محدوده¬ي 5/2-3/4 ولت استفاده شد كه ظرفيت تخليه اوليه¬ي mAh/g 3/134 براي اين نمونه¬ به دست آمد. نتايج EDX و جذب اتمي وجود عنصر آهن ناشي از آسياكاري را در نمونه¬هاي آسياكاري شده نشان داد. نتايج جذب اتمي ميانگين درصد وزني آهن در نمونه¬هاي 20 ساعت آسياكاري شده را 20/3 و در نمونه¬هاي 36 ساعت آسياكاري شده 63/3 نشان داد. لذا به‌ منظور بررسي تأثير آهن ‌بر خواص الكتروشيميايي، مواد اوليه در كاپ زيركونيايي به مدت 20 ساعت آسياكاري شده و در دماي 850 درجه سانتي‌گراد به مدت چهار ساعت حرارت ديدند. نتايج تفرق اشعه ايكس تفاوتي را با نمونه آسياكاري شده در كاپ فولادي نشان نداد؛ اما آزمون شارژ و تخليه ظرفيت تخليه mAh/g 4/139 را نشان داد؛ كه بيانگر تأثير منفي عنصر آهن ‌بر خواص الكتروشيميايي است. واژه‌هاي كليدي: باتري ليتيم يون، آسياكاري، كاتد LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2، عنصر آهن، خواص الكتروشيميايي

191316

دانشگاه علم و صنعت ايران

دكتر رضا رياحي فر

استخراج فلزات

دكتر مسعود گودرزي - دكتر شمس الدين ميردامادي