نوع مقاله : مقاله کامل پژوهشی

نویسندگان

1 پژوهشگاه مواد و انرژی کرج

2 پژوهشگاه مواد و انرژی

3 هیات علمی پژوهشگاه مواد و انرژی

10.30501/jamt.2022.351905.1238

چکیده

مواد کاتدی اکسیدی لایه‌ای غنی از نیکل LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2 (NCM) به دلیل چگالی انرژی و ظرفیت بالا به طور فزاینده‌ای در صنعت خودروهای الکتریکی مورد توجه قرار دارند. با این وجود، با افزایش مقدار نیکل، واکنش شیمیایی لایه سطحی و اختلاط کاتیونی Li+/Ni2+افزایش یافته و پایداری ساختاری و حرارتی ماده کاتدی کاهش می‌یابد. راهبرد تک کریستالیزاسیون ذرات می‌تواند پایداری ساختاری و عملکرد الکتروشیمیایی مواد کاتدی را بهبود بخشد ولی مکانیسم آن به طور کامل شناخته شده نیست. در این پژوهش ما با ارائه یک مدل محاسباتی نشان می‌دهیم که با کاهش pH و کنترل مقدار فوق اشباع، سرعت جوانه‌زنی ذرات هیدروکسیدی کاهش می‌یابد و در نتیجه تعداد جوانه‌های تشکیل شده کم می-شود. بر اساس نتایج این مدل، تعداد جوانه‌های هیدروکسیدی تشکیل شده در پایان سنتز هم‌رسوبی در pH 11.5، 11 و 10.5 به ترتیب 5.73، 4.3 و 2.27 برابر تعداد جوانه‌های تشکیل شده در سنتز هم‌رسوبی در pH 10 می‌باشد، لذا با کاهش مقدار pH در حین فرایند سنتز از 11.5 به 10، به ذرات ریز تولید شده در سیستم اجازه داده می‌شود تا به طور کامل به کریستال‌های بزرگتر تبدیل شوند و به سمت تک کریستال شدن تمایل پیدا کنند و م ات لایه میانی کاتد/الکترولیت در آنها کاهش می‌یابد. نتایج حاصل از این مدل می‌تواند نتایج تجربی پژوهش‌هایی را که مواد کاتدی تک کریستال سنتز کرده‌اند توجیه نماید.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Synthesis of hydroxide precursor Ni0.8Mn0.1Co0.1(OH)2 and modeling the effect of pH on rate of nucleation of particles

نویسندگان [English]

  • Solmaz Amirshekari 1
  • reza riahifar 2
  • babak Raissi 2
  • Maziar Sahba Yaghmaee 3

1 Materials and Energy Research Center

2 material and energy research center

3 Materials and Energy Research center

چکیده [English]

Nickel-rich layered oxide cathode materials LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2 (NCM) are increasingly being considered in the electric vehicle industry due to their high energy density and high capacity. Although, increasing the nickel concentration, the chemical reaction of the surface layer and the Li+/Ni2+ cationic mixing increase and the structural and thermal stability of the cathode material decreases. The strategy of single crystallization of particles can improve the structural stability and electrochemical performance of cathode materials, but its mechanism is not fully understood. In this research, we present a computational model to show that by reducing the pH and controlling the amount of supersaturation, the nucleation rate of hydroxide particles decreases and as a result, the number of formed nucleas decreases. Based on the results of this model, the number of hydroxide nucleas formed at the end of co-precipitation synthesis at pH 11.5, 11 and 10.5 is 5.73, 4.3 and 2.27 times, respectively, the number of nucleas formed in co-precipitation synthesis at pH 10. Therefore, by reducing the pH value during the synthesis process from 11.5 to 10, the fine particles produced in the system are allowed to completely transform into larger crystals and tend to become single crystals, and the problems of the cathode/electrolyte intermediate layer are reduced in them. The results of this model can justify the experimental results of researches that have synthesized single crystal cathode materials.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Co-precipitation
  • NCM
  • Single crystal cathode
  • Computational model
  • Lithium-ion battery