Geri Dön

Farklı prosesler ve malzemeler kullanılarak lityum iyon piller için katot malzemesi üretimi

Production of cathode material for lithium-ion batteries by using different processes and materials

  1. Tez No: 718073
  2. Yazar: SEMİH ENGÜN
  3. Danışmanlar: PROF. DR. SERVET TURAN
  4. Tez Türü: Doktora
  5. Konular: Enerji, Metalurji Mühendisliği, Energy, Metallurgical Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2022
  8. Dil: Türkçe
  9. Üniversite: Eskişehir Teknik Üniversitesi
  10. Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Bilim Dalı
  13. Sayfa Sayısı: 144

Özet

Bu tezde Li-iyon pillerde kullanılan tabakalı katot malzemeleri morfoloji modifikasyonu, alternatif hammadde kullanımı ve yüzey kaplama gibi farklı yöntemlerle üretilmiş olup elektrokimyasal özelliklerde meydana gelen değişimler incelenmiştir. Bu bağlamda: (i) NMC, NCA ve LCO gibi tabakalı katot malzemelerinin çevrimsel özelliklerini iyileştirmek amacıyla plakaların ayrılabileceği bir yöntem olan mikro-akışkanlaştırma prosesi önerilmiştir. Yapılan mikro-akışkanlaştırma işleminin tabakalı katot malzemelerinde çevrimsel kararlılığı iyileştirdiği gözlenmiştir. Düşük çevrim sayılarındaki mikro-akışkanlaştırma işlemi özellikle LCO plakalarını kırmadan plakaları inceltmiş ve daha fazla tabaka düzlemi açığa çıkararak kapasite korunumunu arttırmıştır. (ii) Yüksek oranda Ni içeren karışık hidroksit çökeleği (MHP) ara ürününün çoklu katkılama etkisinden faydalanarak NMC katot malzemesindeki kullanım potansiyeli incelenmiştir. Nikelce zengin MHP ara ürünü katı hal, Pechini ve sol-jel yöntemleri kullanılarak NMC111 ve NMC622 sentezi yapılmıştır. Katı hal sentezi ile NMC622 içerisine %10' a kadar; Pechini yöntemi ile NMC622 içerisine %2' ye kadar; sol-jel yöntemi ile NMC111 içerisine %3' e kadar yapılan MHP ilavesinin tabakalı oksit kristal yapısını ve elektrokimyasal özellikleri koruduğu/iyileştirdiği görülmüştür. (iii) Sıvı elektrolit ile arasında bariyer oluşturmak amacıyla katot yüzeyine katı elektrolit kaplanarak çevrimsel kararlılığın iyileştirilmesi hedeflenmiştir. Ticari NMC532 katot malzemesine kübik-LLZO tozu ile farklı oranlarda yüzey kaplama veya kompozit elektrot üretimi gerçekleştirilmiştir. Buna göre %2' lik LLZO kaplamasının elektrot/sıvı elektrolit temasını engelleyerek kapasite korunumunu ve yüksek hızda şarj/deşarj yeteneğini iyileştirdiği ve kompozit yaklaşımıyla üretilen elektrotlara göre daha iyi bir elektrokimyasal performans sağladığı görülmüştür. Üretilen katot malzemeleri XRD, Rietveld, SEM, TEM ve Raman teknikleri ile karakterize edilmiştir. Elde edilen katotların elektrokimyasal performansları ise galvanostatik şarj-deşarj testleri, CV ve EIS analizleri ile incelenmiştir.

Özet (Çeviri)

In this thesis, we developed layered cathode materials using morphology modification, alternative raw material addition and surface coating techniques. Then, we investigated the relationship between structural properties and electrochemical performances. In this regard: (i) A micro-fluidization technique was used to apply a high shear force to decrease particle thickness and increase the distance between the layers that positively alter the electrochemical properties. We observed that the micro-fluidization process increased the cyclic stability of layered cathodes. Particularly, LiCoO2 which micro-fluidized with low cycle exhibits remarkable improvement in capacity retention compared to unprocessed LiCoO2. (ii) The potential use of MHP as an alternative Ni, Mn and Co source and a multielement doping agent thanks to its useful content in NMC synthesis has been discussed. NMC111 and NMC622 were synthesized with solid-state, Pechini and sol-gel techniques by adding MHP in different ratios. We observed that up to 10 %, 2 % and 3 % MHP could be added into solid-state synthesized NMC622, Pechini synthesized NMC622 and sol-gel synthesized NMC111, respectively, by preserving the layered oxide crystal structure and electrochemical performance. (iii) The surface of NMC particles coated by LLZO ionic conductor to create a barrier between the liquid electrolyte and the cathode surface to improve cyclic stability and rate capability. Using the sol-gel technique, we coated the surface of NMC532 powders with nano cubic-LLZO lithium-ion conductors in different ratios. We also optimized the calcination temperature after the coating process. The results showed that 2 % LLZO coated NMC sample indicated improved cyclic stability and rate capability. The characterization of synthesized materials was carried out by XRD, Rietveld, SEM, TEM and Raman techniques. The electrochemical performances of cathodes were examined by galvanostatic charge-discharge tests, CV and EIS analyses.

Benzer Tezler

  1. Reactor design, characterization and production of cathode active material via co-precipitation method for lithium ion batteries

    Lityum iyon piller için birlike çöktürme yöntemi için reaktör tasarımı, katot aktif malzemesi üretimi ve karakterizasyonu

    BARIŞ CEM ALPAY

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2020

    Kimyaİstanbul Teknik Üniversitesi

    Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. ÖZGÜL KELEŞ

  2. Geleneksel ve dijital ölçü teknikleri kullanılarak üretilen monolitik kuronların kenar ve iç uyumlarının karşılaştırılması

    Comparison of marginal and internal adaptation in the monolithic crowns produced using traditional and digital impression techniques

    HİLAL OK BOSTAN

    Diş Hekimliği Uzmanlık

    Türkçe

    Türkçe

    2022

    Diş HekimliğiRecep Tayyip Erdoğan Üniversitesi

    Protetik Diş Tedavisi Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. SABİT MELİH ATEŞ

  3. A potential application for textile industrial waste to produce eco-friendly composite

    Çevre dostu kompozit üretmek üzere tekstil endüstriyel atığı için potansiyel bir uygulama

    ELÇİN EMEKDAR

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2018

    Tekstil ve Tekstil Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Tekstil Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DR. ÖĞR. ÜYESİ UMUT KIVANÇ ŞAHİN

  4. Development of extruded high impact polystyrene foams

    Ekstrüzyon yöntemiyle yüksek darbe dayanımlı polistiren köpük malzemesinin geliştirilmesi

    EMRE DEMİRTAŞ

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2018

    Mühendislik Bilimleriİstanbul Teknik Üniversitesi

    Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    YRD. DOÇ. DR. MOHAMMADREZA NOFAR

  5. CeO2 katkılı Ca3Co4O9 termoelektrik malzemelerde faz dengeleri

    Phase equilibria for CeO2 doped Ca3Co4O9 thermoelectric materials

    BEYZA BAKKAL

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2019

    Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DR. ÖĞR. ÜYESİ NURİ SOLAK