Παρασκευή και μελέτη κόνεων και λεπτών υμενίων λιθιωμένων οξειδίων μεταβατικών μετάλλων για συσσωρευτές ιόντων λιθίου
Creators: name: Περεντζής Γεώργιος Β.
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2004
Subjects: Μικροσυσσωρευτές ιόντων λιθίου
Φασματοσκοπία σύνθετης αντίστασης
Li-ION microbatteries
AC impedance spectroscopy

description: Κατά την διάρκεια της εργασίας αυτής παρασκευάστηκαν λιθιωμένα οξείδια του κοβαλτίου, Co, και του μαγγανίου, Mn για χρήση ως καθοδικά υλικά σε συσσωρευτές ιόντων λιθίου. Η παρασκευή των υλικών έγινε σε μορφή κόνεων και λεπτών υμενίων. Στα υλικά που περιέχουν Mn έγινε αντικατάσταση αυτού με άλλα μέταλλα(Ni, Al, Co, Ti) σε ποσοστό έως 25%. Ολα τα υλικά παρασκευάστηκαν σε θερμοκρασίες μεταξύ 750 και 800^(0)C. Οι ηλεκτροχημικές και δομικές ιδιότητες των νέων υλικών μελετήθηκαν σε σχέση με το βασικό σπινέλιο LiMn^(2)O^(4). Η μελέτη έδειξε την καλύτερη συμπεριφορά των δειγμάτων που περιέχουν Co και έχουν παρασκευαστεί στους 800^(0)C, τόσο από πλευρά χωρητικότητας όσο και από πλευρά σταθερότητας. Η συμπεριφορά αυτή επιβεβαιώθηκε με τη χρήση φασματοσκοπίας σύνθετης αντίστασης. Η παρασκευή λεπτών υμενίων έγινε με τη μέθοδο εξάχνωσης με ηλεκτρονική δέσμη. Κατά την συναρμολόγηση των μικροσυσσωρευτών αρχικά χρησιμοποιήθηκε υγρός ηλεκτρολύτης LiCIO^(4) με καθοδικό υμένιο από LiCoO^(2) ή LiMn^(2)O^(4). Στη συνέχεια ο ηλεκτρολύτης αντικαταστάθηκε από λεπτό υμένιο Li^(x)NbO^(3). Ο νέος ηλεκτρολύτης μελετήθηκε ηλεκτρικά και δομικά σε σχέση με την σύστασή του και τις συνθήκες παρασκευής. Ακόμη εξετάστηκε η σταθερότητά του στη δημιουργία διεπιφανειών με τα καθοδικά και τα ανοδικά υμένια. Το λεπτό υμένιο του ηλεκτρολύτη έδειξε ιοντική αγωγιμότητα που το καθιστούν υποψήφιο για χρήση σε εμπορικές εφαρμογές
description: This experimental work deals with the synthesis of lithiated transition metal oxides for use as cathode materials in Li-ion accumulators. The materials were prepared either in powder state or as thin films. Materials in powder form were mainly based on the LiMn^(2)O^(4). In order to improve the electrochemical characteristics of the material, Mn was substituted with either Ni, up to 100%, or with Co, Al and Ti, up to 25%. Solid state reaction was used for synthesis in powder form. Test accumulators were charged galvanostatically. 1M LiPF^(6)50:50 EC:DMC electrolyte was used in those test cells and anode was made of Li foil. Introduction of Co to the spinel structure is beneficial to the lifetime of the accumulator. Al-containing spinels also had an improved cycle lifetime but, not as successful as with Co. All powders that contain Co, AI and Ti had a lower specific discharge capacity. In the case of Co, part of it was regained when the material was cycled up to 5.15 V. Powders were also studied with AC impedance spectroscopy. The ac data were fitted using equivalent circuits. Results form the fitting, attributed to physical processes of the materials, indicated that the materials prepared at higher temperature show a better overall performance. Thin film cathode materials we are prepared by using the e-gun evaporation technique. Targets were made either of LiMn^(2)O^(4) or LiCoO^(2). The films were grown on substrates of Si/SiO^(2) and AI^(2)O^(3), covered by layers of Pt. Inox substrates, covered with a TiN film, were also used as substrates. The prepared thin films were in anorphous state just after evaporation. It was found that in situ annealing 350-370 (o)C improves the specific discharge capacity for both materials. LiNbO^(3) was also used as a thin film electrolyte material. A sandwich structure was tried, with a Li layer between two films of Li^(x)NbO^(3). The thickness of the Li Layer, time and temperature of post-annealing, are most critical parameters, in order to maximize the ionic conductivity. The latter improved when LiNbO^(3) was evaporated on Inox/TiN substrates. Relaxation time of the thin films in this comparable to the relaxation time of LiPON