Fluorination of vanadium oxy-phosphates for high-energy cathode materials of Li-ion batteries

Gelecek nesil Li-ion piller için sürdürülebilir yüksek enerji yoğunluklu malzemeler için gereksinim, araştırmayı gelişmiş özelliklere sahip yeni malzemeler geliştirmeye itiyor. Tez çalışması, enerji yoğunluklarını arttırmak amacıyla vanadyum oksi-fosfat katot malzemelerinin florlanması üzerine odaklanmıştır. Vanadyum oksi-fosfatların ve bunların florlu muadillerinin elektrokimyasal özelliklerini içeren sentez, yapısal ve kimyasal özellikleri araştırıldı. β-VPO4O, ε-LiVPO4O ve β-LiVPO4O fazları seramik sentez yöntemiyle sentezlendi. Florlama işlemi, yüksek sıcaklıklarda argon atmosferi altında özel bir paslanmaz çelik reaktör kullanılarak gerçekleştirildi. Flor kaynağı olarak lityum florür (LiF) ve Politetrafloroetilen (PTFE) bileşikleri kullanıldı. Vanadyum oksi-fosfat ve F-içeren bileşiklerin karışımının ısıl işlemi, malzemelerin yapısına F'nin girmesiyle sonuçlanmıştır. ε -LiVPO4O fazı, LiF tarafından florizasyondan sonra ana çerçeve yapısını korudu, ancak PTFE ile LiVPO4F tipi çerçeveye dönüştü. β-VPO4O fazı, LiF'nin dahil edilmesinden sonra bir LiVPO4F tipi yapı oluşturmuştur. Florlanmış malzemelerin tümü, köşelerden PO4 tetrahedraya birbirine bağlanmış VO6 oktahedradan oluşan Tavorite tipi bir kristal yapıya sahipti. Tüm öncü vanadyum oksi-fosfatların işletme potansiyeli florlamadan sonra artmıştır. Bu, F'nin yapıdaki endüktif etkisi ile getirilen V-O/F ligandlarının daha yüksek iyonikliğinden kaynaklanıyordu. Sentezlenen malzemeler, XRD, NMR, TEM, EDS, EELS ve benzeri gibi çeşitli yöntemler kullanılarak hem mikro hem de nano ölçekte sistematik bir karakterizasyona tabi tutuldu.