Lityum iyon piller için lityum demir silikat katot üretimi ve karakterizasyonu
Lithium iron silicate cathode synthesis and characterisation for lithium ion batteries
Yazar: TAYFUN KOÇAK
Danışman: PROF. DR. SERVET TURAN
Anadolu Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2018
Konu: Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering

Özet:
Lityum iyon pillerin 1990' larda Sony şirketi tarafından ticarileştirilmesi sonrası, taşınabilir mobil cihazlar ve iletişim devrimi insanlığın yaşam şeklini değiştirdi. Uzmanlar benzer şekilde önümüzdeki 10 yılda elektrikli araçların da hızlı bir şekilde içten yanmalı araç satış miktarlarını geçeceğini öngörmektedir. Bu sebeple lityum iyon pillere çok fazla talep olmasına rağmen maliyet, güvenlik ve enerji yoğunluğu açısından hala çözülemeyen bir sorun olarak durmaktadır. Bu çalışmada, lityum iyon pillerin kapasite ve çevrim ömrünü doğrudan etkileyen katot elektrotuna odaklanılmıştır. İçerdiği demir ve silisyum elementleri ile doğada kolayca bulunabilen ve yüksek teorik kapasitesi sebebiyle araştırmacıların ilgisini çeken lityum demir silikat katot tozunun sentezi ve karakterizasyonu üzerine çalışmalar yapılmıştır. Bu çalışmada, katı hal sentezi yöntemiyle üretilen lityum demir silikat tozu için karbon miktarı, sıcaklık, süre, tane boyutu ve faz saflığı üzerine derinlemesine bir çalışma gerçekleştirilmiştir. Çalışmalar sonucunda indirgeyici amaçlı kullanılan karbon miktarı, sentez sıcaklığı ve süresi, karıştırma ortamının faz saflığı ve pil      kapasitesini ciddi oranda etkilediği sonucuna varılmıştır. Ayrıca sentezlenen lityum demir silikat katot tozu ile kese tipi yarım hücre üretimi gerçekleştirilmiştir. Üretilen yarım hücre pillerin elektrokimyasal deneyleri gerçekleştirilerek, C/30 çevrim hızında 122 mAh/g kapasite elde edilmiştir.

Abstract:
After the commercialization of lithium ion batteries by the Sony company in 1990, the portable mobile devices and communication revolution changed the way people live. Experts similarly predict that in the next 10 years, electric vehicles will quickly exceed the volume of internal combustion vehicles sold. For this reason, despite the high demand for lithium-ion batteries, it still remains an unresolvable problem in terms of cost, safety and energy density. In this work, the lithium ion batteries are focused on the cathode electrode, which directly affects the capacity and cycle life. Studies on the synthesis and characterization of the lithium iron silicate cathode powder, which can be easily found in nature with its iron and silicon elements and attracted the attention of researchers due to its high theoretical capacity. In this study, an in-depth study was conducted on the amount of carbon quantity, temperature, time, particle size and phase purity for lithium iron silicate dust produced by solid state synthesis method. As a result of the studies, the amount of carbon used for reducing purposes, the synthesis temperature and the duration, the phase purity of the mixing environment and the battery capacity were seriously affected. In addition, pouch type half cell production was performed with synthesized lithium iron silicate cathode powder. Electrochemical tests of the produced half-cell batteries were carried out to obtain a capacity of 122 mAh/g at the C/30 cycle rate.