การพัฒนาสารประกอบลิเทียมโลหะออกไซด์เพื่อเป็นขั้วแคโทดสาหรับแบตเตอรี่ลิเทียมไอออน

Development of lithium metal oxide compound as a cathode for lithium-ion batteries

Name: ปิยพัชร์ สันธิ

ThaSH: แบตเตอรี่

ThaSH: ลิเธียม

ThaSH: สารประกอบลิเธียม

ThaSH: ลิเธียมไอออน

Abstract: การศึกษานี้เป็นการพัฒนาสารประกอบลิเทียมโลหะออกซ์เพื่อเป็นขั้วแคโทดสำหรับแบตอรี่ลิเทียมไอออน ซึ่งโลหะที่ผู้ศึกษาสนใจที่จะศึกษาคือโลหะทรานซิชันโครเมียมและแมงกานีสเนื่องจากมีความเสถียรของรอบการใช้งาน มีความหนาแน่นของพลังงานสูง ความจุสูง มีอายุการใช้งานที่ดี ต้นทุนต่ำ และไม่มีความเป็นพิษ โดยสองส่วนหลักของการศึกษาในครั้งนี้ คือ การหาอัตราส่วนของโครเมียมกับแมงกานีส และการศึกษาการเจือสารประกอบด้วยโลหะทรานซิชันอย่างนิกเกิลเพื่อพัฒนาขั้วแคโทดให้มีประสิทธิภาพที่ดีขึ้น ผลการศึกษาพบว่า สารประกอบลิเทียมโครเมียมออกไซด์ที่มีอัตราส่วนระหว่างโครเมียมและแมงกานีสเป็น 1:1 1:2 และ 2:1 ถูกสังเคราะห์โดยสองขั้นตอนของวิธีปฏิกิริยาสถานะของของแข็ง ที่อุณหภูมิ 600 องศาเซลเซียส เป็นเวลา 6 ชั่วโมง และ 900 องศาเซลเซียส เป็นเวลา 12 ชั่วโมงในบรรยากาศอากาศปกติ ซึ่งสารประกอบลิเทียมโครเมียมแมงกานีสออกไซด์ที่มีอัตราส่วนระหว่างโครเมียมและแมงกานีสเป็น 1:1 มีความบริสุทธิ์ของเฟสเหมาะสำหรับนำมาพัฒนาเป็นส่วนประกอบหลักในการทำขั้วแคโทดต่อไป นอกจากนี้ยังมีการศึกษาคุณสมบัติด้านไฟฟ้าเคมี พบว่า ความจุในรอบแรกของการอัดและคายประจุเป็น 46.80 มิลลิแอมแปร์ชั่วโมงต่อกรัม ขณะที่ความจุรอบที่สิบของการอัดและคายประจุนั้นมีค่าลดลงเป็น 43.50 มิลลิแอมแปร์ชั่วโมงต่อกรัม ตามลำดับ เมื่ออบสูญญากาศแผ่นขั้วแคโทดที่อุณหภูมิ 120 องศาเซลเซียส หลังจากนั้นผู้ศึกษาได้ทำการพัฒนาสารประกอบลิเทียมโครเมียมแมงกานีสออกไซด์ที่มีอัตราส่วนระหว่างโครเมียมและแมงนีสเป็น 1:1 โดยการเจือด้วยนิกเกิลที่ความเข้มข้นร้อยละ 1 2 3 4 และ 5 โดยน้ำหนัก ตามลำดับ ในขั้นตอนการสังเคราะห์ที่เหมือนก่อนหน้านี้แต่มีการเปรียบเทียบระหว่างสองอุณหภูมิที่แตกต่างในขั้นตอนการอบสูญญากาศของแผ่นขั้วแคโทด คือ 80 และ 120 องศาเซลเซียส ซึ่งสารประกอบลิเทียมโครเมียมแมงกานีสออกไซด์ที่สังเคราะห์ได้มีความบริสุทธิ์ของเฟสในทุกเงื่อนไขและมีขนาดเล็กในระดับนาโนเมตร นอกจากนี้สารประกอบลิเทียมโครเมียมแมงกานีสนิกเกิลออกไซด์ที่ถูกเจือด้วยนิกเกิลร้อยละ 4 โดยน้ำหนักมีคุณสมบัติทางไฟฟ้าเคมีสูงที่สุดคือ ความจุในรอบแรกของการอัดและคายประจุเป็น 72.81 มิลลิแอมแปร์ชั่วโมงต่อกรัม ในขณะที่ความจุรอบที่สิบของการอัดและคายประจุนั้นมีค่าลดลงเป็น 73.49 มิลลิแอมแปร์ชั่วโมงต่อกรัม ตามลำดับ เมื่ออบสูญญากาศแผ่นขั้วแคโทดที่อุณหภูมิ 80 องศาเซลเซียส

Abstract: This research studied the development of the metal oxide compound of lithium chromium manganese oxide for cathode materials. The transition metals are Cr and Mn whic have good cycle stability, higher energy density, high capacity, better cycle life, low cost, and nontoxicity. The two main parts of this study were to find the ratio of Cr:Mn and study the transition metal-doped compounds for cathode development. The study results found that the lithium chromium manganese oxide compound (LiCrxMnyO4 ; x: y = 1:1, 1:2, 2:1) has been synthesized by two steps solid-state reaction method. The compounds were calcined at 600 °C for 6 h and 900 °C for 12 h in the air. A pure phase was of lithium chromium manganese oxide with a ratio of chromium and manganese equal to 1:1 was successfully synthesized and used to make cathode materials. Besides, the electrochemical behavior of the materials was studied. The first cycle showed the capacity of 46.80 mAh/g while for the 10th cycle the value decreased to 43.50 mAh/g, at 120 °C in vacuum baking of the cathoplatestes. After that, the lithium chromium manganese oxide compound (Cr:Mn = 1:1) with Ni doping (1, 2, 3, 4, and 5 wt.%) was developed in the same synthesizing step, comparing between two different temperatures for vacuum baking of the cathode plates (80, and 120 °C). The synthesized lithium chromium manganese nickle oxide compound (Li2Cr1-0.5xMn1-0.5xNixO4 ; x = 0.01, 0.02, 0.03, 0.04, and 0.05) has a pure phase in all conditions and small size in the nanometer range. In addition, the lithium chromium manganese nickle oxide compound with Ni 4 wt.% has the highest electrochemical behavior. The first cycle showed the capacity of 72.81 mAh/g, while it decreased to 73.49 mAh/g, respectively, for the 10th cycle at 80 °C in vacuum baking of the cathode plates.

มหาวิทยาลัยเชียงใหม่. สำนักหอสมุด

Address: เชียงใหม่

Email: cmulibref@cmu.ac.th

Name: อุไรวรรณ อินต๊ะถา

Role: ประธานกรรมการ

Name: สุขุม อิสเสงี่ยม

Role: กรรมการ

Name: กมลพรรณ เพ็งพัด

Role: กรรมการ

Name: ทวี ตันฆสิริ

Role: กรรมการ

Created: 2565

Modified: 2565-12-24

Issued: 2565-12-24

วิทยานิพนธ์/Thesis

application/pdf

tha

DegreeName: วิทยาศาสตรมหาบัณฑิต

Level: ปริญญาโท

Descipline: วัสดุศาสตร์

Grantor: มหาวิทยาลัยเชียงใหม่

©copyrights มหาวิทยาลัยเชียงใหม่

ลำดับที่.	ชื่อแฟ้มข้อมูล	ขนาดแฟ้มข้อมูล	จำนวนเข้าถึง	วัน-เวลาเข้าถึงล่าสุด
1	610531094.pdf	3.09 MB

ใช้เวลา

0.037061 วินาที