Lityum iyon pillerinde katot malzeme eldesi
Obtaining cathode material in lithium ion batteries
Yazar: ROJBİN BULUTTEKİN
Danışman: PROF. DR. AHMET MURAT GİZİR ; DOÇ. DR. MUHARREM KUNDURACI
Mersin Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2021
Konu: Kimya = Chemistry
Dizin: Birlikte çöktürme yöntemi = Coprecipitation method

Özet:
Tekrar şarj edilebilen/ ikincil (lityum-iyon (Li-iyon)) piller günümüzde taşınabilir elektronik ve elektrikli eşyalarda sahip olduğu üstün özellikler sayesinde yaygın olarak kullanılmaktadır. Yapılan pek çok araştırma ise yakın gelecekte tükenmesi beklenen petrol kaynaklarından sağlanan enerjiyle çalışan birçok araca gerekli (araba,ısıtıcı, vd.) enerjinin
depolanmasında lityum iyon pillerin kullanılacağını ortaya çıkarmıştır. Piyasada genellikle LiCoO 2 , LiNiO 2 , LiMn 2 O 4 yapısındaki katot malzemeleri kullanılır. Birlikte çöktürme, lityum iyon piller için öncü malzemeler üretmek için popüler bir yöntemdir. Çok yönlülüğü, çeşitli mimarilere sahip çok çeşitli bileşimlerin sentezini mümkün kılsa da, istenen malzemeleri elde etmek için sentez parametrelerinin dikkatli bir şekilde kontrol edilmesi gerekir. Bu çalışmada,
sıcaklık, besleme modu ve reaktif miktarı dahil olmak üzere çeşitli sentez koşulları ayarlanarak küresel 2-3 µm çaplı ikili Mn 0.8 Ni 0.2 CO 3 öncül malzemeleri sentezlendi. En iyi sentez koşulları daha sonra benzer boyutta üçlü Mn 4/6 Ni 1/6 Co 1/6 CO 3 malzeme üretmek için kullanıldı. İkili ve üçlü öncü malzemeler karıştırıldı ve 800 o C'de Li 2 CO 3 ile reaksiyona sokularak sırasıyla LiMn 1.6 Ni 0.4 O 4 ve Li 1.2 Mn 0.54 Ni 0.13 Co 0.13 O 2 katot malzemeleri elde edildi. LiMn 1.6 Ni 0.4 O 4 , 131 mAh g -1 maksimum deşarj kapasitesine sahipti ve mükemmel çevrim ömrü ve iyi oran performansı sergiledi. İyi çevrimlenebilirlik ile Li 1.2 Mn 0.54 Ni 0.13 Co 0.13 O 2 ile 223 mAh g -1 kadar bir deşarj kapasitesi elde edildi. Elektrokimyasal sonuçlar, her iki katot malzemesine sahip pozitif bir elektrot filminin, yüksek ortalama voltaj ve spesifik kapasite üreteceğini ve böylece süreçte birbirlerinin zayıflığını azaltacağını göstermektedir.

Abstract:
Rechargeable/secondary (lithium-ion (Li-ion)) batteries are widely used in portable electronic and electrical goods thanks to their superior properties. Many researches have revealed that lithium-ion batteries will be used to store the energy required for many vehicles (car, heater, etc.) working with energy provided from petroleum resources, which are expected
to be depleted in the near future. Cathode materials of LiCoO 2 , LiNiO 2 , LiMn 2 O 4 structure are generally used in the market. Coprecipitation is a popular method to produce precursor materials for lithium-ion batteries. Although its versatility enables the synthesis of wide range of compositions with various architectures, the synthesis parameters need to be controlled carefully to achieve desired materials. In this study, spherical 2-3 µm diameter binary Mn 0.8 Ni 0.2 CO 3 precursor materials were synthesized by tuning several synthesis conditions including temperature, feeding mode and reagent quantity. The best synthesis conditions were later used to produce similar-sized ternary Mn 4/6 Ni 1/6 Co 1/6 CO 3 material. The binary and ternary precursor materials were mixed and reacted with Li 2 CO 3 at 800 o C to obtain LiMn 1.6 Ni 0.4 O 4 and Li 1.2 Mn 0.54 Ni 0.13 Co 0.13 O 2 cathode materials, respectively. LiMn 1.6 Ni 0.4 O 4 had a maximum discharge capacity of 131 mAh g -1 and exhibited excellent cycle life and good rate performance. A discharge capacity of as much as 223 mAh g -1 was achieved with Li 1.2 Mn 0.54 Ni 0.13 Co 0.13 O 2 with good cyclability. Electrochemical results suggest that a positive electrode film having both cathode materials would yield high average voltage and specific capacity, thereby mitigating each other's weakness in the process.