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

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.