Cu YÜZEY KAPLAMA İLE SPİNEL LiMn2O4 KATOT AKTİF MADDENİN ELEKTROKİMYASAL DÖNGÜ KARARLIĞININ İYİLEŞTİRİLMESİ


Şahan H., Şanlı F., Taş Y., Yılmaz Y., Patat Ş.

SAVUNMA SANAYİ SEMPOZYUMU VE SERGİSİ-2022, Kayseri, Turkey, 13 - 15 October 2022, pp.38-42

  • Publication Type: Conference Paper / Full Text
  • City: Kayseri
  • Country: Turkey
  • Page Numbers: pp.38-42
  • Erciyes University Affiliated: Yes

Abstract

Compared with layered LiCoO2 and LiNiO2 intercalation compounds, spinel LiMn2O4 has the advantages of

naturally abundant, low cost, less toxic and facile preparation, and has attracted great attentions as an alternative

positive electrode material for lithium ion batteries. However, the capacity of spinel LiMn2O4 fades rapidly on

charge-dicharge cycling due to Jahn–Teller distortion and manganese dissolution into electrolyte. In the present

work, spinel LiMn2O4 is coated with Cu metal to improve the cycling performance. The spinel materials are

characterized by elemental analysis, X-ray diffraction (XRD) and scanning electron microscopy (SEM). The

effect of the cation-substituting and surface coating on the charge-discharge cycling performance of the spinel

LiMn2O4 is investigated in the range of 3.5 - 4.5 V at 1 C (148mA g-1). The electrochemical results indicate that

Cu metal coating lead to decrease of the initial capacity but improve the cycling performance. Cu coated

LiMn2O4 shows a low capacity loss of 4.7%, per 25 cycles at 1 C-rate (148mA g-1), as compared to 19.7% for

pristine LiMn2O4. This advantage make LiMn2O4 attractive particularly for lithium ion battery applications.


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

anaç bileşik LiMn2O4 kapasite kaybını önlemek için Cu ile kaplandı. Sentezlenen spinel bileşikler elementel

analiz, X-ışınları toz kırınımı (XRD), taramalı elektron mikroskopu (SEM) ile karakterize edildi. Yüzey

kaplamanın spinel LiMn2O4 bileşiğinin şarj/deşarj döngü performansına etkisi 1 C (148 mA g-1) akım

yoğunluğunda ve 3.5 - 4.5 V aralığında incelendi. Elektrokimyasal sonuçlara göre, Cu metali kaplanmış katot

aktif maddenin kapasite kaybının azaldığı buna karşın başlangıç kapasitesinin düştüğü bulundu. Anaç bileşik

LiMn2O4, 1 C (148 mA g-1) akım yoğunluğu ve 25 şarj/deşarj döngüsünde, %19.7 kapasite kaybına uğrarken

aynı şartlarda, Cu kaplanmış katot aktif madde ise %4.7 gibi düşük kapasite kaybına uğramaktadır. Bu sonuç,

LiMn2O4 bileşiğini lityum iyon piller için ilgi çekici yapmaktadır.