Lityum iyon pillerde kullanılan LiNi0.8Co0.15Al0.05O2 katot aktif maddesinin elektrokimyasal performansının geliştirilmesi
Improvement of the electrochemical performance of LiNi0.8Co0.15Al0.05O2 cathod active substance used in lithium ion batteries
Yazar: SELVER EKER
Danışman: PROF. DR. ŞABAN PATAT
Erciyes Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Nanobilim ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı / Nanoteknoloji Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Enerji = Energy
Dizin: Enerji depolama sistemi = Energy storage system ; Lityum iyon pil = Lithium ion battery ; X ışını = X ray

Özet:
LiNi0.8Co0.15Al0.05O2 yüksek deşarj kapasitesi ve düşük üretim maliyeti nedeniyle lityum iyon pillerde en çok tercih edilen katot aktif maddedir. Ancak şarj/deşarj sırasında gerçekleşen faz dönüşümü nedeniyle kapasite kaybına uğramaktadır. LiNi0.8Co0.15Al0.05O2 maddesinin yapısal kararlılığını artırmak ve elektrokimyasal performansını iyileştirmek için B-Al katkılı LiNi0.78Co0.15Al0.05Al0.01B0.01O2 ve Mg-Fe katkılı LiNi0.78Co0.15Al0.05Mg0.01Fe0.01O2 katot aktif maddeleri birlikte çöktürme metodu ile sentezlendi. Sentezlenen maddeler X-ışını toz deseni ölçümü, alan emisyonlı taramalı elektron mikroskobu ve iletkenlik ölçümü metotları ile karakterize edildi. Sentezlenen maddelerin XRD toz desenlerine göre saf oldukları; B-Al katkılı LiNi0.78Co0.15Al0.05Al0.01B0.01O2 ve Mg-Fe katkılı LiNi0.78Co0.15Al0.05Mg0.01Fe0.01O2 katot aktif maddelerin iletkenliklerinin katkısız LiNi0.8Co0.15Al0.05O2 katot maddesinden daha büyük olduğu bulundu.
LiNi0.8Co0.15Al0.05O2, LiNi0.78Co0.15Al0.05Al0.01B0.01O2 ve LiNi0.78Co0.15Al0.05Mg0.01Fe0.01O2 maddelerinin 0.5 C akım yoğunluğunda, 2.5-4.3V  (Li/Li+ redoks çiftine karşı) voltaj aralığında ve oda sıcaklığında ölçülen başlangıç kapasitelerinin sırasıyla 79.6, 97.5 ve 80.6 mAh/g olduğu ve 50 şarj/deşarj döngü sonrası % 77.6, %79.4 ve %88.9 oranında kapasite korunumuna sahip olduğu bulundu. Bu durum küçük miktardaki B-Al ve Mg-Fe katkılamanın LiNi0.8Co0.15Al0.05O2 maddesinin yapısal kararlılığını ve şarj/deşarj döngü kararlılığını artırdığını göstermektedir.
Anahtar Kelimeler: Lityum İyon Piller, NCA, B-Al Katkılı NCA ve Mg-Fe katkılı NCA

Abstract:
LiNi0.8Co0.15Al0.05O2 is the most preferred cathode active material for lithium-ion batteries due to its high discharge capacity and low production cost. However, the capacity fades rapidly on charge-discharge cycling due to phase
changes. To increase the structural stability of LiNi0.8Co0.15Al0.05O2 and improve its electrochemical performance, B-Al doped LiNi0.78Co0.15Al0.05Al0.01B0.01O2 and Mg-Fe doped LiNi0.78Co0.15Al0.05Mg0.01Fe0.01O2 cathode active materials are synthesized by the co-precipitation method. The cathode active materials are characterized by X-ray diffraction (XRD), field emmission scanning electron microscopy (FESEM) and DC conductivity measurement methods. It was found that they were found to be pure and the conductivity of B-Al doped LiNi0.78Co0.15Al0.05Al0.01B0.01O2 and Mg-Fe doped LiNi0.78Co0.15Al0.05Mg0.01Fe0.01O2 cathode active materials were greater than that of undoped LiNi0.8Co0.15Al0.05O2 cathode material.
The initial specific capacities of LiNi0.8Co0.15Al0.05O2, LiNi0.78Co0.15Al0.05Al0.01B0.01O2 and LiNi0.78Co0.15Al0.05Mg0.01Fe0.01O2 cathode materials at 0.5 C and 2.5 - 4.3 V voltage range were found to be 79.6, 97.5 and 80.6 mAh/g, and their capacity retentions were 77.6%, 79.4% and 88.9% after 50 charge/discharge cycles, respectively. These results show that small amounts of B-Al and Mg-Fe doping increase the structural stability and charge/discharge cycle stability of LiNi0.8Co0.15Al0.05O2 cathode material.
Keywords: Lithium-Ion Batteries, NCA, B-Al Doped NCA and Mg-Fe Doped NCA