فصلنامه سرامیک ایران
جلد 16، شماره 4 - ( زمستان 1399 )
جلد 16 شماره 4 صفحات 41-32 |
برگشت به فهرست نسخه ها
Download citation:
BibTeX | RIS | EndNote | Medlars | ProCite | Reference Manager | RefWorks
Send citation to:
BibTeX | RIS | EndNote | Medlars | ProCite | Reference Manager | RefWorks
Send citation to:
Rostami M, Zakeri A. Microstructural Characteristics of LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2 Cathode Material Coated by Lithium Zirconate . Jicers 2021; 16 (4) :32-41
URL: http://jicers.ir/article-1-306-fa.html
URL: http://jicers.ir/article-1-306-fa.html
رستمی مهدی، ذاکری علیرضا. بررسی خواص ریزساختاری ماده کاتدی LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2 پوشش داده شده با لیتیم زیرکونات. فصلنامه سرامیک ایران. 1399; 16 (4) :32-41
دانشگاه علم و صنعت ایران ، mehdirostami1993@yahoo.com
چکیده: (2023 مشاهده)
چکیده
با اینکه ماده کاتدی لایه ای LiNiCoMnO2 موسوم به NCM به دلیل دارا بودن ظرفیت نسبتاً بالا و برگشتپذیر و همچنین هزینه و سمیت پایین به عنوان ماده کاتدی اصلی برای باتریهای لیتیم-یون قابل شارژ شناخته شده است، اما چرخه کاری این ماده در سرعتهای شارژ-دشارژ بالا ناپایدار است و در دماهای بالا نیز عملکرد ضعیفی از خود نشان میدهد. روش پوشش‌دهی سطحی به عنوان یکی از روشهای مؤثر در بهبود عملکرد ماده کاتدی NCM شناخته شده است. با توجه به این که خصوصیات ریزساختاری ماده کاتدی تأثیر مستقیمی بر عملکرد الکتروشیمیایی آن دارد، بررسی تغییرات ریزساختاری حاصل از فرآیند پوشش‌دهی از اهمیت خاصی برخوردار است. در تحقیق حاضر ماده کاتدی تجاری LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2 با ماده لیتیم زیرکونات (Li2ZrO3) در مقادیر 1، 3 و 5 درصد وزنی پوشش داده شد. برای این منظور برای اولین بار از پیشماده نسبتاً ارزان زیرکونیم اکسیکلراید 8 آبه (ZrOCl2.8H2O) و روش سل-ژل در محیط آبی استفاده شد. سپس از لحاظ ریزساختاری مورد مشخصهیابی قرار گرفت. مطابق با نتایج حاصل از تصاویر میکروسکوپ الکترونی روبشی، نمونه با 1% وزنی از ماده پوشش بالاترین میزان یکنواختی ماده پوشش روی ذرات ماده کاتدی را نشان داد. برای نمونه مذکور، بر اساس نتایج آنالیز پراش اشعه ایکس و استفاده از روش کوهن برای محاسبه ثوابت شبکه، برای نمونه با 1% وزنی ماده پوشش، شاخص نسبت ثوابت شبکه c/a بالاتر از عدد 9/4 بهدست آمد که دلالت بر منظم بودن ساختار ماده کاتدی است. همچنین، اختلاف ثوابت شبکه ماده کاتدی با 1% وزنی ماده پوشش با میانگین ثوابت شبکه گزارش شده برای ماده کاتدی بدون پوشش برای ثوابت a و c به ترتیب 0015/0 و 0456/0 آنگستروم بهدست آمد و مشخص شد که کمترین تغییر را نسبت به مقادیر 3 و 5% وزنی در ساختار ماده کاتدی ایجاد کرده است. همچنین مطابق با نتایج حاصل از تصاویر میکروسکوپ الکترونی عبوری، در نمونه با 1% وزنی ماده پوشش، حضور لایه پوشش به ضخامت حدود 15 تا 20 نانومتر با یک مرز قابل رؤیت بین هسته از جنس ماده کاتدی و پوسته از جنس ماده لیتیم زیرکونات اثبات شد. در مجموع نتایج تحقیق نشان داد که لایه پوشش لیتیم زیرکونات به مقدار 1% وزنی کمترین تغییر در ساختار بلوری ماده کاتدی را ایجاد میکند و از این رو، این مقدار ماده پوشش را میتوان به عنوان مقدار بهینه درنظرگرفت.
با اینکه ماده کاتدی لایه ای LiNiCoMnO2 موسوم به NCM به دلیل دارا بودن ظرفیت نسبتاً بالا و برگشتپذیر و همچنین هزینه و سمیت پایین به عنوان ماده کاتدی اصلی برای باتریهای لیتیم-یون قابل شارژ شناخته شده است، اما چرخه کاری این ماده در سرعتهای شارژ-دشارژ بالا ناپایدار است و در دماهای بالا نیز عملکرد ضعیفی از خود نشان میدهد. روش پوشش‌دهی سطحی به عنوان یکی از روشهای مؤثر در بهبود عملکرد ماده کاتدی NCM شناخته شده است. با توجه به این که خصوصیات ریزساختاری ماده کاتدی تأثیر مستقیمی بر عملکرد الکتروشیمیایی آن دارد، بررسی تغییرات ریزساختاری حاصل از فرآیند پوشش‌دهی از اهمیت خاصی برخوردار است. در تحقیق حاضر ماده کاتدی تجاری LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2 با ماده لیتیم زیرکونات (Li2ZrO3) در مقادیر 1، 3 و 5 درصد وزنی پوشش داده شد. برای این منظور برای اولین بار از پیشماده نسبتاً ارزان زیرکونیم اکسیکلراید 8 آبه (ZrOCl2.8H2O) و روش سل-ژل در محیط آبی استفاده شد. سپس از لحاظ ریزساختاری مورد مشخصهیابی قرار گرفت. مطابق با نتایج حاصل از تصاویر میکروسکوپ الکترونی روبشی، نمونه با 1% وزنی از ماده پوشش بالاترین میزان یکنواختی ماده پوشش روی ذرات ماده کاتدی را نشان داد. برای نمونه مذکور، بر اساس نتایج آنالیز پراش اشعه ایکس و استفاده از روش کوهن برای محاسبه ثوابت شبکه، برای نمونه با 1% وزنی ماده پوشش، شاخص نسبت ثوابت شبکه c/a بالاتر از عدد 9/4 بهدست آمد که دلالت بر منظم بودن ساختار ماده کاتدی است. همچنین، اختلاف ثوابت شبکه ماده کاتدی با 1% وزنی ماده پوشش با میانگین ثوابت شبکه گزارش شده برای ماده کاتدی بدون پوشش برای ثوابت a و c به ترتیب 0015/0 و 0456/0 آنگستروم بهدست آمد و مشخص شد که کمترین تغییر را نسبت به مقادیر 3 و 5% وزنی در ساختار ماده کاتدی ایجاد کرده است. همچنین مطابق با نتایج حاصل از تصاویر میکروسکوپ الکترونی عبوری، در نمونه با 1% وزنی ماده پوشش، حضور لایه پوشش به ضخامت حدود 15 تا 20 نانومتر با یک مرز قابل رؤیت بین هسته از جنس ماده کاتدی و پوسته از جنس ماده لیتیم زیرکونات اثبات شد. در مجموع نتایج تحقیق نشان داد که لایه پوشش لیتیم زیرکونات به مقدار 1% وزنی کمترین تغییر در ساختار بلوری ماده کاتدی را ایجاد میکند و از این رو، این مقدار ماده پوشش را میتوان به عنوان مقدار بهینه درنظرگرفت.
واژه‌های کلیدی: باتری لیتیم-یون، پوشش‌دهی سطحی، ماده کاتدی لیتیم نیکل کبالت منگنز اکسید، لیتیم زیرکونات
نوع مطالعه: پژوهشي |
دریافت: 1399/10/1 | پذیرش: 1399/10/24
دریافت: 1399/10/1 | پذیرش: 1399/10/24
ارسال پیام به نویسنده مسئول
| بازنشر اطلاعات | |
 |
این مقاله تحت شرایط Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License قابل بازنشر است. |