Abstract
Denne oppgaven har gått ut på å lage katodemateriale for litiumionebatterier. Katodematerialene er basert på pulvermateriale laget ved Pechinimetoden. Materialene som er syntetisert er Li(Mn,Ni)2O4 og LiFe1-xMxPO4, X= 0,01 og 0,05, M = Al, Co, Mg og Ni. For Li(Mn,Ni)2O4 er det syntetisert pulver med substitusjoner av 2 og 5 % Al. Et delmål i oppgaven har vært at forskningsgruppen skal få en større forståelse av hvordan batterier fungerer og få erfaring i hvordan lage katodetape fra pulver. Dette er gruppens første masterprosjekt innen batterier med pulverkatode. Alle pulvermaterialene i oppgaven er karakterisert ved hjelp av røntgendiffraksjon(XRD). Disse dataene ble deretter behandlet i EVA og Topas for å bekrefte struktur og celleparametere. I tillegg ble et utvalg pulverprøver testet ved termogravimetrisk analyse (TGA) og Sveipe-elektronmikroskopi (SEM). Det ble laget katodetape for batteritesting av materialene Li(Mn,Ni)2O4, Li(Mn,Al,Ni)2O4 LiFePO4 og LiFe0,95M0,05O4. Det ble også laget en katodetape av kommersielt LiFePO4. Batteriene besto av Li-anode og LiPF6-elektrolytt satt sammen til et knappecellebatteri. Batteriene ble testet både ved syklisk voltametri og cellesykeltesting. Resultatene viser at for Li(Mn,Ni)2O4 blir det forandring i redoksreaksjonene ved endring av forholdet Mn:Ni. Ved substituering av Al går strukturen fra den ordnede P4332 til den uordnede strukturen Fd3m. For serien LiFe1-xMxPO4 viser resultatene at de ulike substitusjonene har varierende effekt på batteriegenskapene. Det ser ut til at Mg setter seg på Li-plass og blokkerer transport av ioner, og at Al endrer energinivåene for redokskjemien. For Ni og Co ser det ut som substituering har en positiv effekt for stabiliseringen av batteriene.
The mission of this paper have been to make cathode materials for lithium-ion batteries. The cathode materials is based on powder made by the Pechini method. The materials synthesized is Li(Mn,Ni)2O4 and LiFe1-xMxPO4, X= 0,01 and 0,05, M = Al, Co, Mg and Ni. For Li(Mn,Ni)2O4, it has been synthesized powders with substitutions of 2 and 5 % Al. One of the partial goals in this paper is to give the research group a higher level of understanding for how batteries work, and to get experience in how to make cathode tapes from powder. This is the research groups first master thesis within batteries with a powder-based cathode. All the powder materials in this paper have been characterized by using X-ray diffraction (XRD). These datas was subsequently managed in EVA and Topas to confirm the structure and the cell parameters. In addition, a selection of the powder samples was tested using thermogravimetric analysis (TGA) and scanning electron microscopy (SEM). It has been made cathode tape for battery testing of the materials Li(Mn,Ni)2O4, Li(Mn,Al,Ni)2O4, LiFePO4 and LiFe0,95M0,05O4. It was also created a cathode tape of commercially available LiFePO4. The batteries consisted of Li-anode and LiPF6-electrolyte put together into a button cell battery. The batteries was tested with both cyclic voltammetry and cell-cycle testing. The results show that for Li(Mn,Ni)2O4 there is a change in the redox-reactions be changing the relation Mn:Ni. By substitution of Al, the structure changes from the ordered P4332 to the unordered structure Fd3m. For the series LiFe1-xMxPO4, the results show that the different substitutions gives varying effects on the battery characteristics. It looks like Mg place itself on Li-place and blocks the transport of ions, and that Al changes the energy levels for the redox-chemistry. For Ni and Co, it looks like substitution gives a positive effect for stabilization of the batteries.