LiCu0.5Mn1.5O4 AND LiNi0.25Cu0.25Mn1.5O4 SPINEL ELECTRODES FOR LITHIUM-ION BATTERIES
Tezin Türü: Yüksek Lisans
Tezin Yürütüldüğü Kurum: Yıldız Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Türkiye
Tezin Onay Tarihi: 2016
Tezin Dili: İngilizce
Öğrenci: Öznil Budak
Danışman: Zeynep Sema Baykara
Açık Arşiv Koleksiyonu: AVESİS Açık Erişim Koleksiyonu
Özet:Bu çalışmada, Lityum - iyon pilleri için yüksek voltaj spinel LiCu0.5Mn1.5O4 (LCuMO) ve LiNi0.25Cu0.25Mn1.5O4 (LNCuMO) katot malzemelerinin geliştirilmesi ve iyileştirilmesi amaçlanmıştır. Bu katot malzemeler sitrik asit destekli Pechini sol - jel metodu ile sentezlenmiştir. Malzemelerin sentezi için üç farklı kalsinasyon sıcaklığı (600 °C, 750 °C ve 900 °C) ve atmosferi (hava, O2 ve Ar) seçilmiştir. Tavlama süresinin 600 °C´de hazırlanmış LCuMO katot malzemesi üzerindeki tavlama etkisi incelenmiştir. Elde edilen malzemelerin yapıları ve morfolojileri X-ışını ve sinkrotron toz parçacık kırınımı teknikleri, X-ışını absorplama spektroskopisi (XAS), Nükleer Manyetik Rezonans (NMR) yanısıra taramalı elektron mikroskobu (SEM) kullanılarak incelenmiştir. Ayrıca, elektrokimyasal performans ve bu performansın altında yatan elektrokimyasal mekanizma da incelenmiştir. LCuMO ve LNCuMO malzemeleri, Cu atomlarının bir kısmının, normalde Li tarafından işgal edildiği 8a tetrahedral pozisyonunda da var olabildiği, uzay grubu "Fd" "3" ̅"m" ile kübik spinel yapıya sahiptirler. Sentez koşullarına bağlı olarak, örnekler farklı oranlarda CuO ve Li2MnO3 kirliliği içermektedir. 7Li MAS NMR, Cu iyonlarının spinel kafes içerisinde olduğunu doğrulamıştır. XRD ile normalde Li tarafından işgal edilen 8a tetrahedral pozisyonunun Cu atomları tarafından da kısmen doldurulduğu tespit edilmiştir. XANES sonuçları, hava ortamında tavlanmış LCuMO örneklerindeki Cu ve Mn´in büyük çoğunlukla Cu2+ ve Mn4+ olarak var olduğunu ispatlamıştır. Elektrokimyasal karakterizasyon, farklı voltaj serilerinde lityumun karşıt ve referans elektrot olarak kullanıldığı yarım - hücre pilleri ile yürütülmüştür. Çevrim voltametresi ile farklı yükseltgenme-indirgenme pikleri tespit edilmiş ve bunlar Mn3+ / Mn4+ (4 V bölgesi), Ni2+ / Ni4+ ve/veya Cu2+ / Cu3+ redoks çiftleri ne dayandırılmıştır. Galvonastatik çevrim ile, güçlü kapasite kaybı tespit edilmiştir. Hava ortamında tavlanmış LCuMO örnekleri diğer örneklere göre, C / 3.5´da 100 çevrimden sonra daha iyi kapasite retansiyonuna (% 60.3) sahiptir. Bununla birlikte, coulomb verimi sıcaklığın artmasıyla birlikte artmaktadır. In situ sinkrotron kırınımı, 5 V bölgesinde lityum ekstraksiyonunun katı çözelti mekanizması ile devam ettiğini ortaya koymuştur. Hava ortamında 600 °C´de 4 saat tavlanmış LCuMO örneği için, 3 V civarındaki LiCu0.5Mn1.5O4 içerisine ikinci lityum eklenmesi iki faz reaksiyonu (kübik fazdan tetragonal faza) ile ilişkilendirilmiştir. Anahtar Kelimeler: Katot malzemeler, Lityum iyon pilleri, yüksek voltaj elektrot, LiCu0.5Mn1.5O4 spinel elektrot, LiNi0.25Cu0.25Mn1.5O4 spinel elektrot