Collo lab analyzer as a tool to monitor the co-precipitation synthesis of LIB cathode materials
Ladataan...
suljettu
Julkaisu on tekijänoikeussäännösten alainen. Teosta voi lukea ja tulostaa henkilökohtaista käyttöä varten. Käyttö kaupallisiin tarkoituksiin on kielletty.
Lataukset3
Pysyvä osoite
Verkkojulkaisu
DOI
Tiivistelmä
Lithium-ion batteries have become a cornerstone for modern society due to the increasing demand for mobile devices and electric vehicles. Cathode material has become the focal point of lithium-ion battery research, because it has high impact on the electrical and structural properties of the finished product. Many different manufacturing methods have been developed to produce LIB cathode materials, but co-precipitation synthesis has become most widely utilized method due to its scalability and cost-effectiveness. Co-precipitation synthesis is a complex reaction where various parameters can affect the properties of the final product. Properties like particle size, surface morphology and composition can all affect the electrical properties of cathode material. The purpose of this study was to test if Collo lab analyzer could be used to monitor the co-precipitation synthesis of NMC (NixMnyCo1-x-yO2) battery cathode materials. Collo lab analyzer is an analyzing tool that measures complex permittivity of a solution via two parameters, Collo Permittivity (CP) and Collo Ion Viscosity (CIV). Different types of samples were examined to determine how Collo lab analyzer reacts to alternating particle sizes and solid matter contents. Part of the samples were made by mixing dried precursor particles with distilled water and alkaline solutions, others were taken directly from reactor tank at different stages of the co-precipitation reaction. Collo lab analyzer was also added into the reactor tank during an entire precursor co-precipitation synthesis. Results show that particle size and dry matter content does affect the measured CIV and CP values indicating that Collo lab analyzer can be a useful tool to monitor co-precipitation synthesis of NMC precursors.
Litiumioniakuista on tullut tärkeä osa nykyaikaista yhteiskuntaa. Mobiililaitteiden ja sähköautojen yleistyminen lisää litiumioniakkujen tarvetta entisestään. Varsinkin litiumioniakkujen katodimateriaalien kehittämiseen on käytetty viimeisten vuosien aikana paljon aikaa. Katodimateriaalilla on suuri vaikutus sähkökemiallisiin ja rakenteellisiin ominaisuuksiin. Katodimateriaalien valmistukseen on kehitetty useita eri synteesimenetelmiä, mutta yhteissaostuksesta on tullut yleisin tapa valmistaa katodimateriaaleja teollisessa mittakaavassa. Yhteissaostus monipuolinen synteesimenetelmä, jossa useat eri parametrit vaikuttavat lopullisen tuotteen ominaisuuksiin. Yhteissaostuksessa voidaan vaikuttaa katodimateriaalin partikkelikokoon, pintamorfologiaan ja kemialliseen koostumukseen, joilla kaikilla on vaikutus lopullisen katodimateriaalin sähköisiin ominaisuuksiin. Tämän työn tarkoituksena oli tutkia, miten Collo lab analyzeria voidaan käyttää NMC katodimateriaalin yhteissaostus synteesin seurannassa. Collo lab analyzer on suomalaisen Collo Oy:n valmistama analyysilaite, joka mittaa tutkittavasta nesteestä kahta muuttujaa, Collo ioni viskositeettiä (CIV) ja Collo permittiivisyyttä (CP). Työn aikana useita erilaisia näytteitä tutkittiin Collo lab analyzerin avulla, jotta saadaan selville, miten muutokset kiinteän aineen määrässä ja partikkelikoossa vaikuttavat mitattuihin CP ja CIV arvoihin. Osa tutkituista näytteistä oli valmistettu sekoittamalla emäsliuosta jo valmistettujen ja kuivattujen prekursori partikkelien kanssa. Osa näytteistä oli otettu suoraan yhteissaostusreaktorista synteesin eri vaiheiden aikana. Lopuksi Collo lab analyzer lisättiin reaktoriin koko saostusreaktion ajaksi. Testeistä saadut tulokset osoittavat, että kiinteän aineen määrällä ja partikkelikoolla on vaikutusta Collo lab analyzerilla mitattuihin CIV ja CP arvoihin. Tulosten perusteella Collo lab analyzeria voitaisiin hyödyntää litiumioniakkujen katodimateriaalin valmistuksen seuraamisessa.