Lityum iyon pillerde katot aktif madde olarak kullanılan LiMn2O4 bileşiğinin elektrokimyasal performansının artırılması

Tez Türü: Doktora

Tezin Yürütüldüğü Kurum: Erciyes Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, -, Türkiye

Tez Danışmanı: Şaban Patat

Tezin Onay Tarihi: 2009

Tezin Dili: Türkçe

Desteklendiği Program: Diğer

Özet:

Spinel LiMn2O4 bileşiği tabakalı yapıya sahip LiCoO2 ve LiNiO2 bileşikleriyle kıyaslandığında, bol bulunan, ucuz, çevre dostu ve üretimi daha kolay olan bir katot aktif maddedir. Ancak spinel LiMn2O4, Jahn-Teller etkisi ve manganın elektrolitte çözünmesi nedeniyle şarj/deşarj sırasında kapasite kaybına uğramaktadır. Bu çalışmada kapasite kaybını önlemek için mangan iyonunun bir kısmının yerine bazı metal iyonları katkılandı ve anaç bileşik LiMn2O4 değişik metal oksitler ile kaplandı. Bu amaçla metal iyonu katkılanmış LiMn2-xMxO4 (M=Al, Ni, Co, Mg, Cu, Zn ve Sr; x = 0.0 - 0.10) bileşikleri sentezlendi ve LiMn2O4 anaç bileşiği Li2O.2B2O3, lityum boro silikat (LBS), CaCO3, Cr2O3, Fe2O3, Cu ve Au-Pd ile kaplandı.Sentezlenen spinel bileşikler elementel analiz, X-ışınları toz kırınımı (XRD), taramalı elektron mikroskopu (SEM) ve termal gravimetrik (TG) analiz ölçümleri ile karakterize edildi. Yüzey kaplama ve metal katkılamanın spinel LiMn2O4 bileşiğinin şarj/deşarj döngü performansına etkisi 1 C (148 mA g-1) akım yoğunluğunda ve 3.5 - 4.5 V aralığında incelendi. Bulunan elektrokimyasal sonuçlara göre, LiMn2O4 bileşiğindeki Mn3+ yerine metal iyonları katkılama ve metal oksit kaplama ile spinel LiMn2O4 bileşiğinin kapasite kaybının azaldığı buna karşın başlangıç kapasitesinin düştüğü bulundu. Anaç bileşik LiMn2O4, 1 C (148 mA g-1) akım yoğunluğu ve 30 şarj/deşarj döngüsünde, %20 kapasite kaybına uğrarken aynı şartlarda, Li2O.2B2O3, Cr2O3, CaCO3, LBS, Fe2O3, Cu ve Au-Pd kaplanmış LiMn2O4 ile Al ve Sr katkılanmış LiMn1.90Al0.1O4 ve LiMn1.95Sr0.05O4 bileşikleri sırasıyla %0, %4, %1, %1, %7, %5, %3, %3 ve %3 gibi düşük kapasite kaybına uğramaktadır. Bu sonuç, LiMn2O4 bileşiğini lityum iyon piller için ilgi çekici yapmaktadır.

Anahtar Kelimeler: Lityum İyon Piller, LiMn2O4, Metal Oksit Kaplama, Katyon Katkılama