Kobalt katkılanmış lityum içerme bileşiklerinin sentezi karakterizasyonu ve doldurulabilir lityum piller
Synthesis and characterization of cobalt doped lithium insertion compounds and rechargeable lithium batteries
Yazar: HALİL ŞAHAN
Danışman: PROF. DR. TEVFİK RIZA KÖK
Erciyes Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2003
Konu: Kimya = Chemistry

Özet:
11 KOBALT KATKILANMIŞ LİTYUM İÇERME BİLEŞİKLERİNİN SENTEZİ, KARAKTERİZASYONU VE DOLDURULABİLİR LİTYUM PİLLER ÖZET Spinel yapıya sahip LİM112O4 bileşiği, ucuz olması, çevre zarar vermemesi veya çok az zarar vermesi ve kolay sentezlenebilmesi nedeniyle doldurulabilir lityum pillerde katot aktif maddesi olarak kullanılma potansiyeline sahiptir. Buna rağmen LiMmCVin katot aktif maddesi olarak kullanıldığı pillerin kapasitesi dolma-boşalma çevrim sayısı arttıkça azalmaktadır. Bu çalışmada kapasite kaybını önlemek için LiMn2Û4 bileşiğindeki Mn iyonlarının bir kısmı bazı metal iyonları ile değiştirildi. Bu amaçla LİM112O4 ve LiCoo,o5MyMnı,95-y04 (M: Al, Mg, Ni, Zn ve Cu; y= 0,05 ; 0,10) bileşikleri düşük sıcaklıkta sol-jel metodu ile sentezlendi. Sentezlenen bileşikler AAS, alev fotometresi ve X-ışmları toz difraksiyonu yöntemleriyle karakterize edildi. Karakterize çalışmaları, sentezlenen bileşiklerin saf ve hepsinin anaç bileşik olan LiMnıCU ile aynı yapıya sahip olduğunu gösterdi. Elektrokimyasal çalışmalar oda sıcaklığında argon çemberinde kurulan silindir şeklinde ve teflon gövdeli iki elektrotlu hücreler kullanılarak yapıldı. Katot, ağırlıkça %85 aktif madde (LiMn204 ve LiCoo,o5MyMnı,95_y04), elektronik iletkenlik sağlamak için % 10 grafit ve bağlayıcı olarak % 5 polytetrafluoroethylene (PTFE) den oluşmaktadır. Katot karışımı, alüminyum folye sarılı 13 mm yarıçapında paslanmaz çelik ızgara üzerine yayılarak 6 ton basınç altında tablet haline getirildi. Anot olarak lityum çubuktan kesilen 13 mm çapındaki bir lityum parçası, elektrolit olarak propilen karbonatta hazırlanmış 1 M LİCIO4 çözeltisi ve ayırıcı olarak da cam filtre kullanıldı. Hazırlanan hücrelere 3.3-4.5V gerilim aralığında ve 0,3 mA/cm2 akım yoğunluğunda 20 dolma- boşalma çevrimi otomatik olarak uygulandı. Elde edilen sonuçlara göre LiMn204 bileşiğindeki Mn3+ iyonu yerine bazı metal iyonlarının girmesi durumunda hücrelerin başlangıç kapasitesinin azaldığı buna karşın çevrim performansının iyileştiği bulunmuştur. Anahtar Kelimeler: Doldurulabilir Lityum Piller, LiM^C^

Abstract:
Ill SYNTHESIS AND CHARACTERIZATION OF COBALT DOPED LITHIM INSERTION COMPOUNDS AND RECHARGEABLE LITHIUM BATTERIES SUMMARY The spinel LİM112O4, because of its easy preparation, and its economical and environmental advantages, is considered to be a promising material for the positive electrode (cathode) of secondary lithium batteries. The capacity of spinel LiMn2C>4, however, fades rapidly on charge-dicharge cycling. In the present work, a small amount of Mn ions was substituted by various dopant ions in order to improve the cycling performance of LiM^CU- For this purpose, pure spinel LiM^CU compound and double metal ion doped insertion compounds LiCoo.osMyMn 1,95^04 (M: Al, Mg, Ni, Zn, Cu, y= 0,05 ; 0,10) have been prepared by the sol-gel method at a low temperature. Atomic absorption spectroscopy (AAS), flame photometer (FP) and X-ray powder diffraction methods were used to characterize the compounds synthesized in this work. Characterization studies showed that the compounds were pure and their structure was same as that of parent compound, LiMn204. The electrochemical studies were performed using a cylindrical two-electrode teflon cell assembled under Argon gas at room temperature. The cathode material was consisted of 85 wt. % active material (LiMn204 and LiCoo,osMyMn 1,95^04), 10 wt. % graphite used as conductive material and 5 wt. % polytetrafluoroethylene (FIFE) as a binder. The cathode mixture was pressed onto a 13 mm diameter stainless steel mesh current collector coated with aluminum foil under a pressure of 6 tons. A 13 mm diameter lithium piece, 1 M LİCIO4 solution in a prophylene carbonate and a glass filter were used for anode, electrolyte and separator, respectively. The cells were automatically charged and discharged between 3.3 V and 4.5 V at 0,3 mA/cm2 for 20 cycles. The electrochemical results indicate that the chemical substitution of some metal ions for Mn3+ in LiMnaCU leads to decrease of the initial capacity but improves the cycling performance. Keywords: : Rechargeable Lithium Batteries, LiMn2Û4