Synthesis and characterization of high nickel content cathode materials for high performance and capacity reach in Li-ion batteries

Abstract

Due to their high energy density, low self-discharge properties, nearly negligible memory effect, high open-circuit voltage, and extended service life, lithium-ion batteries continue to gain interest as a promising energy storage technology. In the automotive industry, high-energy lithium-ion batteries have become the preferred power source for electric vehicles and hybrid electric vehicles in recent years. With the development of lithium-ion battery technology, several materials have been used into the cathodes and anodes in order to improve performance. LiNiCoAlO4, LiMn2O4, LiNiMnCoO4, Li4Ti5O12 and LiFePO4are five lithium-ion batteries that are commonly utilized in commercial EVs today. NMC cathode material is one of the most effective lithium-ion battery materials for balancing specific qualities. The battery cathode of NMC is strengthened with a specific ratio of three synthetic components (Nickel, Manganese and Cobalt). Depending on the proportions of these three chemical constituents, battery performance can vary. Synthesis, characterisation, and electrochemical studies of cathode materials with a high Nickel content were performed in this project in an effort to boost the specific capacity and durability of Li-ion batteries. In these preliminary studies, the synthesis and characterization of Ni(OH)2 structures, which serve as a starting material for the synthesis of cathode materials with a high Nickel content, was also a goal. In the research, the spherical Ni(OH)2 structure was effectively synthesized, and excellent electrochemical results were achieved. SEM and XRD analyses were performed on the resulting products.

Lityum-iyon piller, yüksek enerji yoğunluğu, düşük kendi kendine deşarj özellikleri, neredeyse sıfır bellek etkisi, yüksek açık devre voltajı ve uzun hizmet ömrü nedeniyle umut verici bir enerji depolama teknolojisi olarak dikkat çekmeye devam ediyor. Genel olarak, son yıllarda, yüksek enerjili lityum-iyon piller, otomotiv endüstrisinde elektrikli araçlar ve hibrit elektrikli araçlar için ideal güç kaynağı olarak kabul edilmiştir. Lityum-iyon batarya teknolojisinin gelişmesiyle birlikte, daha iyi bir performans elde etmek için katotların ve anotların tasarımında farklı malzemeler kullanılmıştır. LiNiCoAlO2, LiMn2O4, Li4Ti5O12, LiNiMnCoO2, ve LiFePO4 bugünlerde ticari EV'lerde kullanılan beş yaygın lityum-iyon bataryalarıdır. NMC katot malzemesi, belirli özelliklerini dengeleyen en başarılı lityum-iyon bataryalardan biridir. NMC katmanlı bir yapı içerir ve pil katodu belirli bir oranda üç sentetik bileşenle (Nikel, Manganez ve Kobalt) şiddetlenir. Bu üç kimyasal elementin farklı oranları değişken pil performanslarına yol açmaktadır. Bu projede, Li-iyon pillerin hem spesifik kapasitesini hem de dayanıklılığını arttırmak için yüksek Nikel içerikli katot malzemelerinin sentezi, karakterizasyonu ve elektrokimyasal ölçümlerini gerçekleştirilmiştir. Bu amaçla yaptığımız ön çalışmalarda, yüksek Nikel içerikli katot malzemelerinin sentezi için bir başlangıç maddesi görevi gören Ni(OH)2 yapılarının sentezi ve karakterizasyonu da amaçlanmıştır. Yapılan çalışmalarda, küresel Ni(OH)2 yapısı başarıyla sentezlenmiş olup elektrokimyasal ölçümlerinde de tatmin edici sonuçlar elde edilmiştir. Elde edilen ürünlerin SEM ve XRD analizleri alınmıştır.