Lityum iyon pillerde katot aktif madde olarak kullanılan lifepo4 bileşiğinin iletkenliğinin artırılması
Improving the conductivity of lifepo4 as cathode active materials used for lithium ion batteries
Yazar: SERKAN ŞEN
Danışman: PROF. DR. ŞABAN PATAT
Erciyes Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2014
Konu: Kimya = Chemistry

Özet:
Katot aktif maddelerden olivin LiFePO4; ucuz, çevre dostu, termal olarak kararlı, toksik olmayan ve üstün elektrokimyasal özelliklere sahip olması nedeniyle büyük ilgi çekmektedir. Ancak akım yoğunluğunun düşük olması, olivin LiFePO4 bileşiğinin pratik olarak kullanımını sınırlamaktadır. Düşük akım yoğunluğu, genel olarak LiFePO4 bileşiğinin iyonik ve elektronik iletkenliğinin düşük olmasından kaynaklanmaktadır. Bu problemleri ortadan kaldırmak için sentez yönteminin optimizasyonu, karbon kaplama, tanecik boyutunun küçültülmesi, toz metal ilavesi, yüksek değerli iyon katkılama ve karbotermal yöntemle iletken yüzey fazı oluşturma gibi yöntemler kullanılmaktadır.  
Bu çalışmada LiFePO4 bileşiğinin akım yoğunluğunu artırmak için karbon kaplama metodu kullanıldı. Bu amaçla anaç LiFePO4 ve karbon kaplı LiFePO4/C kompozit, hidrotermal metot kullanılarak başarılı şekilde sentezlendi. Sentezde karbon kaynağı olarak şeker ve polietilen glikol (PEG) kullanıldı.
Bileşiklerin yapısı, kristal boyutu ve örgü parametresi XRD ölçümü ile belirlendi. Yüzey morfolojisi ve tanecik boyutu taramalı elektron mikroskobu ile ölçüldü. İletkenlik, doğrusal potansiyel taramalı voltametri metodu ile belirlendi. LiFePO4/C kompozitin karbon miktarı 750oC de havada ısıtılarak belirlendi.
Karbon kaplamanın olivin LiFePO4 bileşiğinin şarj-deşarj akım yoğunluğuna olan etkisi, 0.1C-5C (17-850 mA g-1) akım yoğunluğu ve 2.2-4.2 V voltaj aralığında incelendi. Elektrokimyasal sonuçlar, karbon kaplamanın akım yoğunlu artışına neden olduğunu göstermiştir. Karbon kaynağı olarak şeker, PEG ve şeker+PEG kullanarak sentezlenen LiFePO4/C ve anaç LiFePO4 maddesi için 0.1 C (17 mA g-1) akım yoğunluğunda sırasıyla 161, 156, 153 ve 129 mAh.g-1 deşarj kapasitesi elde edildi.   
Anahtar Kelimeler: Lityum İyon Piller, LiFePO4, Karbon Kaplama

Abstract:
Among the cathode materials used for Li-ion applications, olivine LiFePO4 attracts the most interests due to its excellent electrochemical properties, as well as its low cost, non-toxicity, excellent thermal stability and environment friendliness. Unfortunately, the poor rate performance of LiFePO4 limits its practical application. The major reason for its poor rate capability can be attributed to its intrinsically poor electronic and ionic conductivity. To overcome these problems, several strategies are implemented such as optimization of synthetic procedures, carbon coating, particle size minimization, metal powder addition, doping with supervalent ions and carbothermal formation of the surface conducting phase. 
 In the present work,  carbon coating method was used to improve the rate performance of LiFePO4. For this purpose, bare LiFePO4 and carbon coated LiFePO4/C composite were synthesized successfully by using hydrothermal method. During the synthesis sugar and polyethlene glycol were used as carbon sources. 
The lattice parameters, crystalline size and structure of the compounds was determined by XRD measurement. The surface morphology and particle size was determined by the scanning electron microscope. The conductivity of the products was measured by linear potential sweep voltammetry method. Carbon content of LiFePO4/C was determined by heating it at 750oC in air.
The effect of the carbon coating on the charge-discharge rate performance of olivine LiFePO4/C composite was investigated in the range of  2.2 - 4.2 V at different rates, 0.1C-5C (17-850 mA g-1). The electrochemical results indicate that carbon coating lead to increase its rate performance. LiFePO4/C composites, synthesized by using sugar, PEG and sugar plus PEG as carbon sources, show the dicharge capacity of 161, 156 and 153 mAh.g-1 at 0.1 C-rate (17 mA g-1) respectively, as compared to 129 mAh.g-1 for bare LiFePO4
Keywords: Lithium Ion Batteries, LiFePO4, Carbon Coating.