Synthesis Of Fe Doped LiMn2O4 Cathode Materials For Li Battery By Solid State Reaction

• Autorzy: Horata N. , Hashizume T. , Saiki A.

Identyfikatory

DOI

10.1515/amm-2015-0236

Warianty tytułu

PL

Synteza materiału katodowego LiMn2O4 domieszkowanego Fe metodą reakcji w fazie stałej do zastosowania w bateriach Li

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

LiFe_0.1Mn_1.9O₄ is expected as a cathode material for the rechargeable lithium-ion batteries. LiMn₂O₄ has been received attention because this has advantages such as low cost and low toxicity compared with other cathode materials of LiCoO₂ and LiNiO₂. However, LiMn₂O₄ has some problems such as small capacity and no long life. LiMn₂O₄ is phase transformation at around human life temperature. One of the methods to overcome this problem is to stabilize the spinel structure by substituting Mn site ion in LiMn₂O₄ with transition metals (Al, Mg, Ti, Ni, Fe, etc.). LiFe_0.1Mn_1.9O₄ spinel was synthesized from Li₂CO₃, Fe₂O₃ and MnO₂2 powder. The purpose of this study is to report the optimal condition of Fe doped LiFe_0.1Mn_1.9O₄. Li₂CO₃, Fe₂O₃, and MnO₂ mixture powder was heated up to 1173 K by TG-DTA. Li₂CO₃ was thermal decomposed, and CO₂ gas evolved, and formed Li₂O at about 800 K. LiFe_0.1Mn_1.9O₄ was synthesized from a consecutive reaction Li₂O, Fe₂O₃ and MnO₂ at 723 ~ 1023 K. Active energy is calculated to 178 kJmol⁻¹ at 723 ~ 1023 K. The X-ray powder diffraction pattern of the LiFe_0.1Mn_1.9O₄ heated mixture powder at 1023 K for 32 h in air flow was observed.

PL

LiFe_0.1Mn_1.9O₄ jest obiecującym materiałem katodowym do zastosowania w bateriach litowo-jonowych z możliwością wielokrotnego ładowania. LiMn₂O₄ cieszy się dużym zainteresowaniem z powodu niskiego kosztu otrzymywania oraz niskiej toksyczności w porównaniu z innymi materiałami katodowymi typu LiCoO₂ and LiNiO₂ czy LiNiO₂. Jednak LiMn₂O₄ posiada również wady: niską pojemność i krótką żywotność. Dodatkowo, przemiana fazowa LiMn₂O₄ zachodzi w temperaturze pokojowej. Jedną z metod rozwiązania tego problemu jest stabilizacja struktury spinelu poprzez podstawienie jonu Mn w sieci LiMn₂O₄ metalami przejściowymi (Al, Mg, Ti, Ni, Fe, itp.). Spinel LiFe_0.1Mn_1.9O₄ syntezowano z proszków Li₂CO₃, Fe₂O₃ i MnO₂2. Celem badań było znalezienie optymalnych warunków syntezy spinelu LiFe_0.1Mn_1.9O₄ domieszkowanego Fe. Mieszaninę proszków Li₂CO₃, Fe₂O₃ i MnO₂ poddano analizie TG-DTA. W temperaturze 800 K Li₂CO₃ uległ rozkładowi termicznemu, w wyniku czego powstało CO₂ i Li₂O. LiFe_0.1Mn_1.9O₄ zsyntezowano w wyniku reakcji następczej pomiędzy Li₂O, Fe₂O₃ i MnO₂ w temperaturze 723 ~ 1023 K. Energię aktywacji oszacowano na 178 kJmol⁻¹ w zakresie temperatur 723 ~ 1023 K. Przeprowadzono także analizę XRD proszku LiFe_0.1Mn_1.9O₄ wygrzewanego w 1023 K przez 32 godz. w warunkach przepływu powietrza.

Słowa kluczowe

EN

doped LiMn2O4; lithium ion battery; cathode material; solid state reaction

PL

domieszkowanie LiMn2O4; bateria litowo-jonowa; materiały katodowe; reakcja w fazie stałej

• Wydawca: Institute of Metallurgy and Materials Science of Polish Academy of Sciences ; Committee of Materials Engineering and Metallurgy of Polish Academy of Sciences
• Czasopismo: Archives of Metallurgy and Materials
• Rocznik: 2015
• Tom: Vol. 60, iss. 2A
• Strony: 949--951
• Opis fizyczny: Bibliogr. 12 poz., rys., wykr.

Twórcy

autor

Horata N.

• Graduate School of Science and Engineering for Education, University of Toyama

autor

Hashizume T.

• Graduate School of Science and Engineering for Research, University of Toyama

autor

Saiki A.

• Graduate School of Science and Engineering for Research, University of Toyama

Bibliografia

• [1] E. Tamura, NTS, Next Generation of Rechargeable Lithium Battery, Japan, 2003.
• [2] T. Kudo, Uchida Rokakuho, Science of Lithium Ion Battery, Japan, 2010.
• [3] Xianyan Zhou et al., Vacuum 99, 49-55 (2014).
• [4] Mesfin A. Kebede et al., Sustainable Energy Technologies and Assessments 5, 44-49 (2014).
• [5] Xifei Li, Youlong Xu, Chunlei Wang, Journal of Alloys and Compounds 479, 310-313 (2009).
• [6] Ze Yang, Jung-Hyun Kim, Yan Wu, Guo-Long Li, Yun-Hui Hang, Electrochimica Acta 117, 76-83 (2014).
• [7] T. Kakuda, K. Uematsu, K. Toda, M. Sato, Jarnal of Power Sources 167, 499-503 (2007).
• [8] Gui-Ming Song, Wen-Jiang Li, Yu Zhou, Materials Chemistry and Physics 87, 162-167 (2004).
• [9] Hyun Joo Bang, V.S. Donepudi, Jai Prakash, Electrochimica Acta 48, 443-451 (2002).
• [10] X.Y. Feng, C. Shen, X. Fang, C.H. Chen, Jornal of Alloys and Compounds 509, 3623-3626 (2011).
• [11] Bin Chen et al., Int. J. Electrochem. Shi. 7, 6453-6464 (2012).
• [12] T.Y.S. Panca Putra, M. Yonemura, S. Torii, T. Ishigaki, T. Kamiyama, Solid State Ionics 262, 83-87 (2014).

Uwagi

PL

Opracowanie ze środków MNiSW w ramach umowy 812/P-DUN/2016 na działalność upowszechniającą naukę.