Investigation of Electrochemical Properties of NMC/Graphene Cathode Active Materials Coated with Cerium(IV) Fluoride and Lithium Fluoride

Lityum-iyon piller, bilgisayarlar, cep telefonları ve elektrikli araçlar için sıklıkla kullanılan güç kaynaklarıdır. Son yıllarda Li(Ni0.33Mn0.33Co0.33)O2 (NMC), yüksek tersinir kapasite, güvenlik, düşük çevresel etki ve düşük maliyet özellikleri sayesinde daha çok tercih edilen katot aktif malzemesidir. Bu iyi özelliklerinin yanı sıra, düşük hız kapasitesi, düşük çevrim ömrü, termal kararsızlık ve katyon karışımı bu katodun karşılaştığı bazı sorunlardır. Literatürde bu sorunları çözmek için iyon katkılama, yüzey kaplama veya iletken malzemeler ile katot aktif malzemelerini içeren kompozitler oluşturmaya odaklanan birçok araştırma bulunmaktadır. Bu çalışma kapsamında Li1.1(Ni0.33Mn0.33Co0.33)O2 ve Li1.1(Ni0.33Mn0.33Co0.33-xMx)O2 (x=0.05 Fe ve Cu) katot aktif malzemeleri katı hal sentezi ile sentezlenmiştir. N-GO ekleme ve seryum(IV) florür (CeF4) veya lityum florür (LiF) ile gerçekleştirilen yüzey modifikasyonunun, sentezlenen bu malzemelerin elektrokimyasal performansları üzerindeki etkileri araştırılmıştır. Sentez işlemleri tamamlandıktan sonra, katot aktif malzemelerinin malzeme karakterizasyonu için taramalı elektron mikroskobu (SEM), X-ışını kırınımı (XRD) ve enerji dağılımlı X-ışını spektrometresi (EDS) kullanılmıştır. Elektrokimyasal karakterizasyonu için de ilk deşarj kapasitesini, çevrim ömrünü ve hız kapasitesini değerlendirmek için testler gerçekleştirilmiştir. Anahtar Kelimeler : Lityum-iyon Bataryalar, Metal Katkılama, Seryum(IV) Florür, Lityum Florür, Yüzey Kaplaması

Lithium-ion batteries are commonly used as power source systems for computers, cell phones, and electric vehicles (EVs). In recent years, Li(Ni0.33Mn0.33Co0.33)O2 (NMC) has been more preferred cathode active material due to its properties of high reversible capacity, high power, more safety, low environmental impact and low cost. Besides these good qualities, poor rate capabilities, poor cycle life, thermal instability and cation mixing are some disadvantages experienced by this cathode. There are many researches focusing on ion doping, surface coating or forming composites containing the conductive materials and cathode active materials to solve these problems in the literature. In the scope of this study, the cathode active materials of Li1.1(Ni0.33Mn0.33Co0.33)O2 and Li1.1(Ni0.33Mn0.33Co0.33-xMx)O2 (x=0.05 Fe and Cu) were synthesized with solid state synthesis method. The effects of conductive material N-doped graphene oxide (N-GO) and surface modification with cerium(IV) fluoride (CeF4) and lithium fluoride (LiF) on the electrochemical performances of these synthesized materials were investigated. After the synthesis processes were completed, scanning electron microscope (SEM), X-ray diffraction (XRD) and energy dispersive X-ray spectroscopy (EDS) were utilized for material characterization of cathode active materials. Moreover, for electrochemical characterizations, tests were carried out to evaluate the initial discharge capacity, cycling and rate capability performances in the battery testing system. Key Words : Lithium-ion Batteries, Metal Doping, Cerium(IV) Fluoride, Lithium Fluoride, Surface Modification