Lityum İyon Piller İçin Metal Oksit (sno2) İle Modifiye Edilmiş Lini0.8co0.2o2 Katot Malzemesi

Abstract

Günümüzde lityum iyon pillerin enerji yoğunluğunun ve çevrimsel ömrünün arttırılması bunun yanında da güvenli kullanımlarının sağlanabilmesi konusunda yoğun çalışmalar sürdürülmektedir. Temel bir lityum iyon pili, pozitif bir elektrot (katot), negatif bir elektrot (anot), çözünmüş tuzlar içeren bir elektrolit (çözelti ya da katı) ve iki elektrotu birbirinden ayıran bir separatörden meydana gelmektedir. Katotlar pil reaksiyonları sırasında anoda gidecek olan lityum iyonları için kaynak teşkil ederler. Buna bağlı olarak, katot malzemelerinin fizksel, yapısal ve elektrokimyasal özellikleri pilin toplam performansı üzerinde büyük önemi vardır.Bu çalışma kapsamında ticari LiCoO2 katot malzemesine alternatif olarak düşünülebiliecek LiNi0.8Co0.2O2 katot yapıları sol-jel üretim yönteminde farklı jelleştirme ajanları; adipik asit, sitrik asit ve oksalik asit kullanılarak üretilmiş ve farklı kalsinasyon sıcaklıklarında(600,700, 800 °C ve farklı sürelerde) kristal yapının nasıl değiştiği gözlemlenmiştir. LiNi0.8Co0.2O2 malzemesinin seçilme amacı LiNiO2 ve LiCoO2 malzemelerinin avantajlarını tek malzemede birleştirerek çevreye daha az zararlı etkileri bulunan ve daha stabil bir yapıya sahip olan katot malzemesi üretmektir. Üretilmiş olan tozların yüzeyleri elektrokimyasal performansı ve çevrim dayanıklılığını arttırmak amacıyla SnO2 yapıları ile modifiye edilmeye çalışılmış (sol-jel ve mekanik yolla) ve katotların performanslarına olan etkileri incelenmiştir. Farklı jelleştirme ajanları ve proses parametreleriyle üretilen tozların XRD, SEM ve BET analizi ile karakterizasyonları gerçekleştirilmiş, proses parametrelerinin malzeme yapılarına olan etkileri incelenmiştir. Seçilen tozlara, jelleştirme ajanlarının, kalsinasyon sıcaklığının ve modifikasyonların etkilerini görmek amacıyla elektrokimyasal çevrim testleri uygulamıştır. Elektrokimyasal testler sonucunda, prekürsörlere ve proses parametrelerine bağlı olarak malzeme yapısının değiştikçe, çevrimsel performans ve kararlılığın değiştiği, bununla birlikte sol jel yönteimi ile üretilen SnO2 yüzey modifikasyonunun mekanik yolla üretilen modifikasyona nazaran LiNi0.8Co0.2O2 katot malzemesinin performansına ve çevrim dayanıklılığına daha olumlu yönde katkıda bulunduğu gözlemlenmiştir.

Since the commercialization of lithium secondary batteries in the early of 1990s, their development has been rapid. Nowadays, improving the production technology and electrochemical performance of their electrode materials is a major focus for researchers and companies. This study focused on the production of a cathode material ‘LiNi0.8Co0.2O2’ improved with a metal oxide ‘SnO2 surface modification’ to obtain improved cycling and better electrochemical performance lithium ion batery. By using sol-gel technique with using different chealating agents and synthesis conditions, various structured LiNi0.8Co0.2O2 powders are produced. Modification applied on the powders produced with two different methods. By sol-gel technique and mechanical mixing methods, tin oxide coating with different molarities are made on chosen powders.These powders are examined with XRD, SEM and BET analyses. Obtained bare and modified powders are laminated on aluminum foils with an automatic laminaton system and punched as a cathode material. This cathode materials used in coin cells and their electrochemical measuraments have been performed. Results showed that sol-gel modified powders have higher initial capacity and better capacity retention than the mechanically modified and the bare powders. Sol-gel modified samples have had more stable cycle characteristic and they have not shown immediate capacity falling even at higher C rates. SnO2 (2.5 % wt) sol-gel modified LiNi0.8Co0.2O2 powders have given the best electrochemical performance.