بررسی خواص ریزساختاری ماده ی کاتدی 3O2.2Mn0.5Co0.LiNi0 پوشش داده شده با لیتیم زیرکونات

با اینکه ماده کاتدی لایه ای LiNiCoMnO2 موسوم به NCM به دلیل دارا بودن ظرفیت نسبتا بالا و برگشت پذیر و همچنین هزینه و سمیت پایین به عنوان ماده کاتدی اصلی برای باتریهای لیتیم-یون قابل شارژ شناخته شده است، اما چرخه کاری این ماده در سرعتهای شارژ-دشارژ بالا ناپایدار است و در دماهای بالا نیز عملکرد ضعیفی از خود نشان میدهد. روش پوشش دهی سطحی به عنوان یکی از روش های موثر در بهبود عملکرد ماده کاتدی NCM شناخته شده است. با توجه به این که خصوصیات ریزساختاری ماده کاتدی تاثیر مستقیمی بر عملکرد الکتروشیمیایی آن دارد، بررسی تغییرات ریزساختاری حاصل از فرآیند پوششدهی از اهمیت خاصی برخوردار است. در تحقیق حاضر ماده کاتدی تجاری 3O2.2Mn0.5Co0.LiNi0 با ماده لیتیم زیرکونات (Li2ZrO3) در مقادیر 1 ،3 و 5 درصد وزنی پوشش داده شد. برای این منظور برای اولین بار از پیش ماده نسبتا ارزان زیرکونیم اکسیکلراید 8 آبه (8H2O.ZrOCl2) و روش سل-ژل در محیط آبی استفاده شد. سپس از لحاظ ریزساختاری مورد مشخصهیابی قرار گرفت. مطابق با نتایج حاصل از تصاویر میکروسکوپ الکترونی روبشی، نمونه با 1 %وزنی از ماده پوشش بالاترین میزان یکنواختی ماده پوشش روی ذرات ماده کاتدی را نشان داد. برای نمونه مذکور، بر اساس نتایج آنالیز پراش اشعه ایکس و استفاده از روش کوهن برای محاسبه ثوابت شبکه، برای نمونه با 1 %وزنی ماده پوشش، شاخص نسبت ثوابت شبکه a/c بالاتر از عدد 9/4 بهدست آمد که دلالت بر منظم بودن ساختار ماده کاتدی است. همچنین، اختلاف ثوابت شبکه ماده کاتدی با 1 %وزنی ماده پوشش با میانگین ثوابت شبکه گزارش شده برای ماده کاتدی بدون پوشش برای ثوابت a و c به ترتیب 0015/0 و 0456/0 آنگستروم به دست آمد و مشخص شد که کمترین تغییر را نسبت به مقادیر %3 و 5 %وزنی در ساختار ماده کاتدی ایجاد کرده است. همچنین مطابق با نتایج حاصل از تصاویر میکروسکوپ الکترونی عبوری، در نمونه با 1 %وزنی ماده پوشش، حضور لایه پوشش به ضخامت حدود 15 تا 20 نانومتر با یک مرز قابل رویت بین هسته از جنس ماده کاتدی و پوسته از جنس ماده لیتیم زیرکونات اثبات شد. در مجموع نتایج تحقیق نشان داد که لایه پوشش لیتیم زیرکونات به مقدار 1 %وزنی کمترین تغییر در ساختار بلوری ماده کاتدی را ایجاد میکند و از این رو، این مقدار ماده پوشش را میتوان به عنوان مقدار بهینه درنظرگرفت.