Nghiên cứu chế tạo và khảo sát đặc trưng điện hóa của li2sno3 làm điện cực vật liệu anôt cho pin ion liti

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI KHOA VẬT LÝ - - CHU THỊ THÚY NGẦN NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VÀ KHẢO SÁT ĐẶC TRƯNG ĐIỆN HOÁ CỦA Li2SnO3 LÀM VẬT LIỆU ĐIỆN CỰC ANÔT CHO PIN ION LITI Chuyên ngành: Vật lý chất rắn KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HÀ NỘI, 2013 TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI KHOA VẬT LÝ - - CHU THỊ THÚY NGẦN NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VÀ KHẢO SÁT ĐẶC TRƯNG ĐIỆN HOÁ CỦA Li2SnO3 LÀM VẬT LIỆU ĐIỆN CỰC ANÔT CHO PIN ION LITI Chuyên ngành: Vật lý chất rắn KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Người hướng dẫn khoa học: TS LÊ ĐÌNH TRỌNG HÀ NỘI, 2013 LỜI CẢM ƠN Em xin chân thành cảm ơn Ban chủ nhiệm thầy cô khoa Vật lý trường Đại học Sư phạm Hà Nội giúp đỡ, tạo điều kiện cho em suốt thời gian học tập làm khóa luận Em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới TS Lê Đình Trọng tận tình hướng dẫn, động viên, giúp đỡ em suốt thời gian nghiên cứu hoàn thành khóa luận Cuối cùng, em xin bày tỏ lòng biết ơn tới gia đình, bạn bè, người động viên giúp đỡ em thời gian học tập làm khóa luận Em xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, tháng 05 năm 2013 Sinh viên Chu Thị Thúy Ngần LỜI CAM ĐOAN Em xin cam đoan công trình nghiên cứu riêng em, số liệu khóa luận trung thực chưa đươc công bố công trình khoa học khác HàNội,tháng 05 năm 2013 Sinh viên Chu Thị Thúy Ngần MỤC LỤC Trang MỞ ĐẦU…………………………………………………………… NỘI DUNG Chương 1: TỔNG QUAN VỀ VẬT LIỆU ĐIỆN CỰC ÂM CHO PIN ION LITI 1.1 Pin liti 1.1.1 Một vài nét pin Li-ion 1.1.2 Pin Li-Metal 1.1.3 Pin Li-ion 1.2 Đặc trưng cấu trúc, tính chất điện hóa vật liệu điện cực âm 10 1.2.1 Đặc trưng cấu trúc 10 1.2.2 Tính chất điện hóa 12 1.3 Đặc trưng cấu trúc,tính chất điện hóa vật liệu điện cực âm dựa thiếc điôxit 18 1.3.1 Đặc trưng cấu trúc 18 1.3.2 Tính chất điện hóa vật liệu anôt Li2SnO3 ……………… 19 Chương 2: PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM 23 2.1 Các phương pháp chế tạo mẫu 23 2.1.1.Phương pháp phản ứng pha rắn truyền thống 23 2.1.2 Phương pháp hợp kim học 24 2.2 Các phương pháp nghiên cứu mẫu………………… 24 2.2.1 Kỹ thuật phân tích cấu trúc phổ nhiễu xạ tia X ………… 24 2.2.2 Phương pháp đo điện hóa …………………………………… 25 2.3 Thực nghiêm chế tạo mẫu …………………………………… 27 2.3.1 Chế tạo vật liệu điện cực Li2SnO3 ………………………………… 27 2.3.2 Chế tạo điện cực anôt Li2SnO3 30 Chương 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 32 3.1 Đặc điểm cấu trúc vật liệu Li2SnO3 32 3.2.Tính chất điện hóa……………………………………………… 33 3.2.1 Phổ đặc trưng CV điện cực Li2SnO3 33 3.2.2 Khảo sát đặc trưng phóng nạp điện cực Li2SnO3 35 KẾT LUẬN 38 TÀI LIỆU THAM KHẢO 39 MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Ngày xã hội phát triển, mức tiêu thụ lượng theo đầu người ngày gia tăng với thời gian Dân số giới không ngừng gia tăng, mức tiêu thụ lớn tăng nhanh nguồn lượng ngày cạn kiệt đẩy giới vào khủng hoảng trầm trọng lượng Trong bối cảnh vấn đề khai thác sử dụng có hiệu nguồn lượng, đặc biệt lượng xem giải pháp khả thi có tính thực tiễn trước mắt lâu dài Bên cạnh đó, chiến lược cho phát triển bền vững tương lai cần hướng đến đa dạng hóa cấu trúc lượng, ưu tiên cho nguồn lượng tái sinh được, vừa sạch, vừa sẵn có từ thiên nhiên Trong vài thập kỷ qua, với phát triển mạnh mẽ khoa học công nghệ đại, đặc biệt công nghệ điện tử dẫn đến đời hàng loạt thiết bị không dây (máy tính xách tay, điện thoại di động, thiết bị vũ trụ, hàng không, ) Để đảm bảo thiết bị hoạt động tốt cần phải có nguồn lượng phù hợp, có dung lượng lớn, hiệu suất cao, dùng lại nhiều lần đặc biệt gọn nhẹ an toàn Đây mục tiêu hướng tới nghiên cứu chế tạo loại pin ion nạp lại được, đặc biệt loại pin ion dạng toàn rắn Ở Việt Nam hướng nghiên cứu vật liệu linh kiện pin ion liti quan tâm nghiên cứu số sở Viện khoa học Vật liệu, Viện Khoa học Công nghệ Việt Nam, Đại học Bách khoa Hà Nội, Đại học Khoa học Tự nhiên thành phố Hồ Chí Minh, vv đạt số kết ban đầu, ví dụ: chế tạo thành công vật liệu rắn dẫn ion Li+ nhiệt độ phòng LiLaTiO3 bước đầu thử nghiệm chế tạo pin ion toàn rắn [3], [19], [20] Tuy nhiên dung lượng loại pin nhỏ, hiệu suất chưa cao, phần độ dẫn ion chất điện ly chưa cao, mặt khác nghiên cứu vật liệu làm điện cực catôt điện cực anôt chưa đầy đủ Để ghóp phần hoàn thiện sở khoa học công nghệ chế tạo nguồn điện hóa có dung lượng lớn, hiệu suất cao Trên sở đặt vấn đề “Nghiên cứu chế tạo khảo sát đặc trưng điện hóa Li2SnO3 làm vật liệuđiện cực anôt cho pin ion liti” Mục đích nghiên cứu - Nghiên cứu công nghệ chế tạo vật liệu làm điện cực anôt Li2SnO3 cho pin ion liti - Khảo sát đặc trưng cấu trúc, đặc trưng điện hóa vật liệu điện cực anôt chế tạo Nhiệm vụ nghiên cứu - Nghiên cứu thực nghiệm công nghệ chế tạo mẫu - Khảo sát đặc trưng cấu trúc, đặc trưng điện hóa khả tích trữ ion Li+ vật liệu Đối tượng phạm vi nghiên cứu - Vật liệu Li2SnO3 làm điện cực anôt cho pin ion liti Phương pháp nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu sử dụng chủ đạo thực nghiệm - Tổng quan tài liệu cập nhật vật liệu điện cực anôt Li2SnO3, tìm công nghệ chế tạo thích hợp - Thực nghiệm chế tạo vật liệu phương pháp phản ứng pha rắn - Khảo sát đặc trưng cấu trúc phương pháp: nhiễu xạ tia X (XRD), hiển vi điện tử quét (SEM), - Các tính chất điện hóa nghiên cứu hệ điện hoá Autolab phép đo phổ tổng trở, phổ điện quét vòng (CV), dòng không đổi, Dự kiến đóng góp - Tìm công nghệ chế tạo vật liệu điện cực anôt Li2SnO3 có đặc trưng điện hóa tốt - Xác định thông số đặc trưng cho khả tiêm/thoát ion liti: điện hóa, dung lượng - Với việc nhận kết mới, có tính hệ thống lĩnh vực nghiên cứu có định hướng ứng dụng thuộc chuyên ngành Khoa học Vật liệu Góp phần đẩy mạnh hướng nghiên cứu lĩnh vực ion học chất rắn NỘI DUNG Chương TỔNG QUAN VỀ VẬT LIỆU ĐIỆN CỰC ÂMCHO PIN LI-ION 1.1 Pin liti 1.1.1 Một vài nét pin Li-ion Với phát triển khoa học kỹ thuật công nghệ chế tạo pin thứ cấp có khả nạp lại (ắcquy) ngày phát triển Hàng loạt loại ắcquy tân tiến thay cho ắcquy cổ điển Trong hầu hết loại pin thứ cấp nghiên cứu thương phẩm hóa pin liti ion Li có nhiều đặc tính tốt hẳn Điện pin liti ion Li đạt khoảng 2,5V – 4,2V, gần gấp ba lần so với pin NiCd hay pin NiMH, cần đơn vị cấu tạo cho pin Điểm thuận lợi sử dụng pin liti Liti ion thời gian hoạt động lâu hơn, tốc độ nạp nhanh hơn, thể tích nhỏ so với pin NiCd NiMH (30 % - 50 %), dung lượng phóng cao hơn, hiệu ứng “nhớ” pin NiCd, tỉ lệ tự phóng không sử dụng nhỏ khoảng % tháng so với (20 ÷ 30) % pin NiCd [10] Pin liti nguồn điện kỷ XXI tính ưu việt có Liti kim loại kiềm trữ lượng lớn tự nhiên, có mật độ tích trữ lượng lớn so với kim loại khác (3860 Ah/kg), có hoạt tính điện cực đứng đầu dãy điện (∆ФLi/Li+ = −3,01 V) kim loại nhẹ (D = 0,5 g/cm3) Nguồn điện Lithium có điện hở mạch từ V đến V, chưa có nguồn điện hóa trước Các công trình nghiên cứu pin ion Li năm 1912 G N Lewis bị gián đoạn năm 1970 mà loại pin thương phẩm sử dụng Liti khả nạp lại sản xuất [4] Những nghiên cứu sau nhằm cải thiện khả nạp lại loại pin nhiên khuôn khổ khóa luận, lựa chọn phương pháp phản ứng pha rắn Đây phương pháp đơn giản công nghệ, có hiệu kinh tế cao sản xuất với số lượng lớn Li2SnO3 chế tạo từ vật liệu nguồn gồm oxit SnO2 có độ 99,9% muối Li2CO3 có độ 99,99% Quy trình chế tạo vật liệu Li2SnO3 thực theo bước mô tả theo sơ đồ hình 2.1 Chuẩn bị nguyên vật liệu SnO2; Li2CO3 Sấy ủ 400 oC h Nghiền trộn ethanol lần 1, h Nung sơ 800 oC h Nghiền trộn ethanol lần 2, 4h, 8h Sấy ủ 400 oC 1h Nghiền cối mã não h Hình 2.1: Quy trình chế tạo vật liệu Li2SnO3 28 2.3.1.1 Chuẩn bị vật liệu Căn vào tỷ lệ thành phần nguyên tử kim loại Li2SnO3 (Li:Sn = 2:1) tính toán khối lượng oxit SnO2 muối Li2CO3 cần thiết để chế tạo 10 gam vật liệu Li2SnO3: 10  2.6,939   0,7686 g 180,565 - Lượng Licó 10 g Li2SnO3: m Li  - Lượng muối Li2CO3 cần thiết: m Li2CO3  0,7686 73,886  4,0920 g 2.6,939 - Lượng Sn có 10 g Li2SnO3: mSn  10 118,69  6,5733 g 180,565 - Lượng oxit SnO2 cần thiết: mSnO2  6,5733 150,688  8,3454 g 118,69 2.3.1.2.Sấy ủ Vật liệu sấy ủ 400oC 1h với tốc độ gia nhiệt 10oC/phút,sau để nguội tự lò.Công đoạn có vai trò kiểm tra xem vật liệu có ẩm ngậm nước không.Sau nguyên vật liệu SnO2;Li2CO3 lấy theo tỉ lệ Li:Sn = 2:1 2.3.1.3 Nghiền trộn ethanol lần Công đoạn có ý nghĩa quan trọng việc tạo đồng vật liệu, làm cho hạt bột mịn trộn với đồng Vật liệu nghiền trộn ethanol h máy nghiền bi lượng cao 2.3.1.4 Nung sơ Sau nghiền trộn, vật liệu để khô tự nhiên ủ nhiệt 800 o C h với tốc độ gia nhiệt 10 oC/phút, sau để nguội tự lò Công đoạn có vai trò quan trọng: nhiệt độ 800 oC có phân hủy Li2CO3 để giải phóng CO2 tác dụng với SnO2 theo chế phản ứng pha rắn tạo thành pha hợp chất 29 2.3.1.5 Nghiền trộn ethanol lần Hỗn hợp bột thu tiếp tục nghiền trộn lần máy nghiền bi lượng cao, hỗn hợp nghiền trộn 4h,8h Công đoạn nhằm mục đích: tạo kích thước hạt đạt mức nano tạo độ đồng cho hỗn hợp, đồng thời cung cấp lượng cho phản ứng pha rắn tiếp tục xảy nhằm mục đích giảm nhiệt độ thiêu kết sau 2.3.1.6 Sấy ủ Sau nghiền trộn lần ethanol máy nghiền lượng cao, mẫu đem sấy ủ nhiệt độ 400oC 1h với tốc độ gia nhiệt 10oC/phút sau để nguội tự lò 2.3.1.7 Nghiền cối mã não Sản phẩm sau sấy ủ nghiền tay cối mã não 1h, nhằm tạo kích thước đồng cho vật liệu 2.3.2 Chế tạo điện cực anôt Li2SnO3 2.3.2.1 Chế tạo đế điện cực Đế điện cực có hình trụ (Hình 2.3), gồm phần: Cu để tiếp điện với vật liệu điện cực, teflon tạo khuôn định hình cho vật liệu điện cực bám dính mặt đếtiếp xúc điện (thanh Cu), keo epoxy tạo kín kít cho đế điện cực Hình 2.3: Đế điện cực 30 2.3.2.2 Chế tạo điện cực Để khảo sát tính chất điện hóatích/thoát ion Li+ vật liệu Li2SnO3chế tạo được,chúng tiến hành chếtạo điện cực anôt với chất kết dínhCMCNgọt Quy trình chế tạo điệncực đượcmô tả sơ đồ hình 2.2 Nghiền trộn vật liệu Li2SnO3 với chất kết dính CMC Phủ trải lên đế điện cực Để khô tự nhiên 12h Sấy khô 120oC 1h Hình 2.2: Quy trình chế tạo điện cực Ban đầuvật liệu hoạt động đượcnghiềntrộnvới chất kết dính CMC theo tỉlệ khối lượng 90% 10%trong cối mãnão để tạo thành bột đồngnhất trộn vớidung môi nước cất tạothành hỗn hợp đặcquánh, sau hỗn hợp trải phủ lên đế điện cực Các điện cực phủ để khô tự nhiên 12 h, sau sấy khô 120oC 1h với tốc độ gia nhiệt chậm (1o/phút ) Các điện cực sau sử dụng để khảo sát trìnhtích/thoát ion Li+ điện cực 31 Chương KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN Cấuu trúc tinh th thể vật liệu chế tạo khảoo sát thông qua phép đo phổ nhiễu xạ tia X (XRD).Tính ch chất điện hóa củaa điện cựcđược nghiên cứu thông qua việcc khảo kh sát phổ điện quét vòng (CV), kh khả tích/thoát ion liti đượcc đánh giá thông qua phép đo phương pháp dòng d không đổi hai điện cực sở c pin ion Li với cấu trúc gồm m điện cực làm việc điện cực làm từ vật liệu chế tạo được, điện cực đối điện cực chuẩn Pt, dung dịch chấtt điện phân M (LiClO4 + PC) Các phép đo đư thực hệ AutoLab PSG-30 PSG 3.1 Đặc điểm cấu u trúc ccủa vật liệu Li2SnO3 Hình 3.1 cho th thấy giản đồ nhiễu xạ tia X (XRD) qua bbột Li2SnO3chế tạo ng phương pháp phản ph ứng pha rắn sau ủ nhiệt 800 oC thời gian h đo tạii nhi nhiệt độ phòng Hình 3.1: Giản ản đồ nhiễu xạ tia X vật liệu Li2SnO3 sau nung sơ 800 oC h 32 Kết phân tích cho thấy đỉnh nhiễu xạ xuất vị trí phù hợp với phổ nhiễu xạ hợp thức Li2SnO3có thư viện liệu Điều chứng tỏ hợp thức Li2SnO3 hình thành từ hỗn hợp SnO2+Li2CO3 nghiền trộn theo tỉ lệ nguyên tử kim loại Sn:Li2 1:1 ủ nhiệt 800 o C h So với phổ liệu XRD vật liệu chế tạo (theo thư viện liệu JCPDS, thẻ số 31−0761), pha cấu trúc tinh thể đơn tà Li2SnO3 thuộc nhóm không gian C2/c nhận phương pháp phản ứng pha rắn Vậy phương pháp phản ứng pha rắn, chế tạo thành công vật liệu Li2SnO3có dạng đơn pha, có cấu trúc tinh thể đơn tà, thuộc nhóm không gian C2/c 3.2.Tính chất điện hóa 3.2.1 Phổ đặc trưng CV điện cực Li2SnO3 Hình 3.2 cho thấy phổ điện quét vòng (CV) hai mẫu đo với điện cực làm việc (WE) làm từ Li2SnO3 nhận hai giai đoạn khác trình chế tạo: a) Sau ủ nhiệt 800 oC h b) Sau ủ nhiệt 800 oC vànghiền lần 4h Từ phổ CV mẫu đo Li2SnO3/Pt (Hình 3.2a), với điện cực WE làm từ Li2SnO3 nhận sau ủ nhiệt 800 oC h (sau gọi mẫu M1), Li+ tiêm vào WE, đường cong nạp khoảng điện áp từ −2 V ÷ V xuất hai đỉnh giảm Đỉnh xuất −1,63 V liên quan đến phản ứng Li2SnO3 với kim loại Li thành Li2O kim loại Sn (không thuận nghịch) phản ứng hợp kim Sn với Li (thuận nghịch) Đỉnh giảm thứ hai -0,63 V, đỉnh hình thành màng chuyển tiếp chất điện phân rắn (SEI) bề mặt điện cực Trên đường cong phóng, hai đỉnh tìm thấy −1,75 V 0,19 V, ứng với trình khử hợp kim LixSn Li+ thoát từ anôt 33 Trong phổ CV c mẫu đo Li2SnO3/Pt (Hình 3.2b), vớ ới điện cực WE làm từ Li2SnO3 nhận đượ ợc sau nghiền trộn lầnn h (sau gọi g mẫu M2) xuất hai đỉỉnh giảm −1,63 V -0,24 0,24 V trình ion Li+ tiêm vào anôtt (quá trình khử kh anôt), hai đỉnh nh tăng ttại −1,60 V 0,44 V trình Li+ thoát từ anôtt (quá trình oxy hóa ttại anôt – khử hợp kim LixSn), tương tự t với phổ CV mẫu M1 Hình 3.2: Phổ ổ CV điện cực Li2SnO3 với ới tốc độ quét mV/s: a) Sau ủ nhiệt 8000C h b) Nghiền ền lần h 34 Các đỉnh tiêm/thoát nhận từ phổ CV tương ứng với phản ứng điện hoá xảy trình nạp/phóng ion Liti vào điện cực WE Quá trình nạp Li+ dẫn tới phản ứng Li+ với Li2SnO3, hình thành kim loại Sn Li2O, trình hình thành hợp kim LixSn thứ cấp Quá trình phóng (tách ion Li+ khỏi điện cực WE) trình khử hợp kim LixSn Trong trình nạp/phóng có phản ứng hợp kim hóa/khử hợp kim Sn với Li thuận nghịch tạo dung lượng điện cực Các trình xảy điện cực WE tiêm/thoát Li+ biểu diễn phương trình (3.1) (3.2) [5]: Li2SnO3 + 4Li+ + 4e− → 3Li2O + Sn (3.1) Sn + xLi+ + xe− ↔ LixSn (3.2) (x ≤ 4,4) 3.2.2 Khảo sát đặc trưng phóng nạp điện cực Li2SnO3 Hình 3.3 3.4 biểu thị đường tích/thoát ion Li+ của điện cực WE làm từ Li2SnO3 với cường độ dòng tích 0,1 mA (ứng với mật độ dòng 0,35 mA/cm2) cường độ dòng thoát 0,02 mA (ứng với mật độ dòng 0,07 mA/cm2) Hình 3.3 ứng với WE làm từ Li2SnO3 sau ủ nhiệt 800 oC h (mẫu M1) Hình 3.4 ứng với WE làm từ Li2SnO3 sau nghiền trộn lần h (mẫu M2) Quá trình nạp mẫu điện cực M1 biểu thị đường a (Hình 3.3) trình phóng biểu thị đường b (Hình 3.3) Trong trình nạp, điện giảm nhanh tới khoảng −2,2 V đạt giá trị ổn định khoảng −2,4 V Đối với mẫu điện cực M2, trình nạp, điện giảm nhanh tới khoảng – 3,5 V đạt giá trị ổn định khoảng – 3,75 V Từ kết nhận khảo sát trình tiêm/thoát ion Li+, nhận thấy điện cực Li2SnO3 làm từ mẫu vật liệu M1 có độ chênh lệch điện áp tích/thoát nhỏ điện cực Li2SnO3 làm từ mẫu vật liệu M2 Điều điện cực làm từ mẫu vật liệu M1 có độ dẫn điện tốt điện cực làm từ mẫu vật liệu M2 35 Hình 3.3: Đường ờng đặc trưng tr tích/thoát điện cực Li2SnO3 sau ủ nhiệt 800 oC h Hình 3.4: Đường ờng đặc trưng tr tích/thoát điện cực Li2SnO3 sau nghiền trộn lần h Để xác định nh xác dung lượng lư vật liệuu chế ch tạo phép đo trình ình tiêm/thoát ion Li+ cần khảo sát đầầy đủ với thời 36 gian tiêm/thoát đủ lớn độ bền điện hóa cần nghiên cứu với chu kì tiêm/thoát khác Tóm lại, kết khảo sát đặc trưng điện hóa điện cực chế tạo từ vật liệu điện cực Li2SnO3 cho thấy: - Các vật liệu sử dụng làm vật liệu điện cực anôt cho pin ion Liti - Trong vật liệu khảo sát, Li2SnO3 nhận sau nung sơ 8000 C 6h tốt Do sử dụng làm điện cực anôt cho pin ion Liti cho điện động lớn dung lượng cao 37 KẾT LUẬN Sau thời gian tập trung nghiên cứu với mục tiêu đặt chọn đối tượng nghiên cứu vật liệu dùng làm điện cực anôt cho pin ion Liti Những kết nghiên cứu ban đầu đạt bao gồm: 1- Đã chế tạo thành công vật liệu Li2SnO3 từ hỗn hợp oxit SnO2 muối Li2CO3 phương pháp phản ứng pha rắn Các kết phân tích nhiễu xạ tia X cho thấy vật liệu Li2SnO3 đơn pha bảo đảm thành phần hợp thức 2- Các kết nghiên cứu điện hóa khảo sát trình phóng nạp cho thấy vật liệu Li2SnO3 nhận sau nung sơ 8000 C thích hợp cho việc sử dụng làm vật liệu điện cực anôt cho pin ion Liti 38 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] A R Kamali and D J Fray (2011), “Tin-based materials as advanced anode materials for Lithium ion batteries”, Reviews on Advanced Materials Science 27, Pages 14-24 [2] D Deng, M G Kim, J Y Lee and J Cho (2009), “Green energy storage meterials: Nanostructured TiO2 and Sn- based anodes for lithium- ion batteries”, Energy & Environmental Science 2, Pages 818-837 [3] Nguyen Nang Dinh, Pham Duy Long, Le Dinh Trong (2004), “Crystalline perovskite La0,67-xLi3xTiO3: preparation and ionic conducting characterization”, Communications in Physics 14, N02, Pages 90-94 [4] D Linden, T B Reddy (2002), Handbook of batteries 3rd, Chapter 35, The McGraw-Hill Companies, America [5] D W Zhang, S Q Zhang, Y Jin, T H Yi, S Xie, C H Chen (2006), “Li2SnO3 derived secondary Li–Sn alloy electrode for lithium-ion batteries”, Journal of Alloys and Compounds 415, Pages 229-233 [6] G Du, C Zhong, P Zhang, Z Guo, Z Chen, H Liu (2010), “Tin dioxide/carbon nanotube composites with high uniform SnO2 loading as anode materials for lithium ion batteries”, Electrochimica Acta 55, Issue 7, Pages 2582-2586 [7] H B Wu, J S Chen, X W (David) Lou, and H H Hng (2011), “Synthesis of SnO2 Hierarchical Structures Assembled from Nanosheets and Their Lithium Storage Properties”, The Journal of Physical Chemistry C 115, Pages 24605-24610 [8] L P Teo, M H Buraidah, A F M Nor and S R Majid (2012), “Conductivity and dielectric studies of Li2SnO3”, IONICS 18, Number 7, Pages 655-665 39 [9] L Xue, Z Wei , R Li , J Liu , T Huang and A Yu (2011), “Design and synthesis of Cu6Sn5-coated TiO2 nanotube arrays as anode material for lithium ion batteries”, Journal of Materials Chemistry21, Pages 32163220 [10] Mark Solomon (1996), Lithium Batteries: Present Trends and Prospects, Army Reasearch Laboratory, America [11] M V V M Satya Kishore, U V Varadaraju, B Raveau (2004), “Electrochemical performance of LiMSnO4 (M = Fe, In) phases with ramsdellite structure as anodes for lithium batteries”, Journal of Solid State Chemistry 177, Issue 11, Pages 3981-3986 [12] N Kuwata, J Kawamura, K Toribami, T Hattori, N Sata (2004), “Thin-film lithium-ion battery with amorphous solid electrolyte fabricated by pulsed laser deposition”, Electrochemistry Communications6, Pages 417-421 [13] N Kuwata, R Kumar, K Toribami, T Suzuki, T Hattori, J Kawamura (2006), “Thin film lithium ion batteries prepared only by pulsed laser deposition”, Solid State Ionics 177, Pages 2827-2832 [14] N V Tarakina, T A Denisova, L G Maksimova, Y V Baklanova, A P Tyutyunnik, I F Berger, V G Zubkov, G van Tendeloo (2009), “Investigation of stacking disorder in Li2SnO3”, Zeitschrift für Kristallographie 30, Pages 375-380 [15] P Meduri, C Pendyala, V Kumar, G U Sumanasekera and M K Sunkara (2009), “ Hybrid Tin Oxide Nanowires as Stable and High Capacity Anodes for Li-Ion Batteries”, Nano Letter 9, Issue 2, Pages 612-616 [16] Q Wang, Y Huang, J Miao, Y Wang, Y Zhao (2012), “Hydrothermal derived Li2SnO3/C composite as negative electrode materials for lithiumion batteries”, Applied Surface Science 258, Issue 18, Pages 6923-6929 40 [17] Q Wang, Y Huang, J Miao, Y Wang, Y Zhao (2012), “Synthesis and properties of Li2SnO3/polyaniline nanocomposites as negative electrode material for lithium-ion batteries”, Applied Surface Science 258, Issue 24, Pages 9896-9901 [18] Q Wang, Y Huang, J Miao, Y Wang, Y Zhao (2012), “Synthesis and properties of carbon-doped Li2SnO3 nanocomposite as cathode material for lithium-ion batteries”, Materials Letters 71, Pages 66-69 [19] Le Dinh Trong, Pham Duy Long, Vu Van Hong, Nguyen Nang Dinh (2007), “Optical and electrical properties of perovskite La0.67-xLi3xTiO3 solid electrolyte thin films made by electron beam deposition”, A Journal of the Asean Commitee on Science & Technology 24, No.1&2, Pages 35-40 [20] Le Dinh Trong, Pham Duy Long, Nguyen Nang Dinh (2008), “Fabrication of ion conductive materials La0.67-xLi3xTiO3 used as electrolyte for all solid Li+ ion batteries”, Reports of the Eleventh Vietnamese-German Seminar on Physics and Engieering (VGS 11), Nha Trang City, from March, 31, to April, 5, 2008 [21] X Yin, L Chen, C Li, Q Hao, S.Liu, Q.Li, E Zhang, T Wang (2011), “Synthesis of mesoporous SnO2 spheres via self-assembly and superior lithium storage properties”, Electrochimica Acta 56, Issue 5, Pages 2358-2363 [22] Z Yang, G Du, Q Meng, Z Guo, X Yu, Z Chen, T Guo and R Zeng (2011), “Dispersion of SnO2 nanocrystals on TiO2(B) nanowires as anode material for lithium ion battery applications”, RSC Advances1, Pages 1834-1840 [23] Z Ying, Q Wan, H Cao, Z T Song, S L Feng (2005), “Characterization of SnO2 nanowires as an anode material for Li-ion batteries”, Applied Physics Lettes 87, 113108 41 [24] Z Wang, G Chen, D Xia (2008), “Coating of multi-walled carbon nanotube with SnO2 films of controlled thickness and its application for Li-ion battery”, Journal of Power Sources 184, Pages 432-436 42 [...]... trúc tinh thể của các vật liệu điện cực Việc không sử dụng liti kim loại làm điện cực âm có thể giảm thiểu phản ứng hóa học trong pin, do đó, độ an toàn và tuổi thọ của pin lớn hơn so với các pin liti sử dụng điện cực âm chứa liti kim loại Pin ion liti cấu tạo từ các lớp chất rắn được gọi là pin ion liti rắn Nhờ việc sử dụng các vật liệu tích trữ ion và các chất điện ly rắn, pin ion liti rắn ra đời... hình điện hóa của pin Li -ion 8 (1.3) Trong các phương trình này, LiMO2 ký hiệu vật liệu điện cực dương ôxit kim loại, thí dụ LiCoO2 Còn C vật liệu điện cực âm cacbon, thí dụ là graphit Quá trình ngược lại xảy ra trong khi pin phóng điện: các ion liti tách ra từ âm cực, dịch chuyển qua chất điện ly và tiêm vào giữa các lớp trong điện cực dương.Các quá trình phóng và nạp của pin ion liti không làm thay... nhiệt 10oC/phút và sau đó để nguội tự do trong lò 2.3.1.7 Nghiền bằng cối mã não Sản phẩm sau khi sấy ủ được nghiền tay bằng cối mã não trong 1h, nhằm tạo kích thước đồng đều cho vật liệu 2.3.2 Chế tạo điện cực anôt Li2SnO3 2.3.2.1 Chế tạo đế điện cực Đế điện cực có hình trụ (Hình 2.3), gồm 3 phần: thanh Cu để tiếp điện với vật liệu điện cực, teflon tạo khuôn định hình cho vật liệu điện cực bám dính trên... Hình 1.8: Điện thế của điện cực âm cacbon trong pin ion Liti trong chu kỳ đầu tiên mô tả dung lượng không thuận nghịch được kết hợp với vật liệu (a) than cốc hoặc (b) graphit nhân tạo [4] Để nhấn mạnh ảnh hưởng của vật liệu điện cực âm với điện thế pin, hình 1.9 chỉ ra điện thế phóng của pi Li -ion C/LiCoO2 loại 18650 thương mại với các vật liệu điện cực âm khác nhau Có thể thấy, pin với điện cực âm graphit... điện cực chất lượng tốt hơn giá thành rẻ hơn và các phương pháp chế tạo tối ưu áp dụng được trong sản xuất công nghiệp 1.2 Đặc trưng cấu trúc, tính chất điện hóa của vật liệu điện cực âm 1.2.1 Đặc trưng cấu trúc Nhiều loại vật liệu cacbon có giá trị công nghiệp và cấu trúc của cacbon ảnh hưởng lớn đến tính chất điện hóa của nó, bao gồm điện thế và dung lượng đan xen Li Các đơn thể cơ sở của vật liệu. .. hành nghiên cứu sâu hơn về các vật liệu mới sử dụng làm điện cực tích trữ và chất dẫn ion phù hợp hơn Mặc dù đã được thương mại hóa rộng rãi trên thị trường, nhưng những công trình khoa học nghiên cứu về pin Liti ion vẫn được tiến hành Mục đích các nghiên cứu nhằm hiểu rõ hơn về bản chất quá trình điện hóa và các phản 9 ứng xảy ra trên mỗi điện cực Trên cơ sở các kết quả thu được, có thể chế tạo các điện. .. cong phóng điện bằng phẳng hơn so với pin có điện cực âm than cốc Hầu hết các sản phẩm thương mại hiện nay trên thị trường có đường cong phóng điện bằng phẳng và điện thế trung bình cao do chúng sử dụng vật liệu điện cực âm graphit 14 Hình 1.9: Ảnh hưởng của các loại cacbon làm điện cực anôt lên đặc tính phóng điện của pin Li -ion 1.2.2.2 Tính chất của cacbon Hiệu suất và tính chất vật lý của các loại... được chế tạo từ các chất chứa Li+ như LiCoO2, LiMn2O4, LiNiO2 hoặc V2O5 Đồng thời, các điện tử chuyển động trong mạch ngoài thông qua điện trở tải (Hình 1.1b) Sức điện động được xác định bởi sự khác nhau của thế điện hóa giữa liti trong anôt và liti trong catôt Khi nạp điện cho pin, điện thế dương đặt trên catôt làm cho ion liti thoát khỏi điện cực này Nếu quá trình tiêm/thoát ion trên các điện cực. .. 1.3.2 Tính chất điện hóa của vật liệu anôt Li2SnO3 Sự thay đổi thể tích quá lớn xảy ra khi Li+ được chèn vào và loại bỏ từ vật liệu dựa trên Sn, điều này gây ra hư tổn bên trong điện cực, dẫn đến sự mất mát đáng kể của dung lượng và khả năng nạp lại Để có được hệ thống điện cực thiết thực, cần phải ổn định cấu trúc của điện cực dựa trên thiếc bằng cách giảm thiểu ứng suất cơ học trong điện cực gây ra bởi... các pin ion Các phép đo điện hóa được thực hiện trên thiết bị đo điện hóa AutoLab PSG 30 tại phòng Vật lý và Công nghệ màng mỏng, Viện Khoa học Vật liệu, Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam Hình 2.1 là sơ đồ khối của hệ điện hóa AutoLab PSG 30 Trong đó: (1)WE là điện cực làm việc, trong tất cả các trường hợp nó chính là điện cực cần 25 quan tâm; (2)- RE là điện cực so sánh (Ag, Pt, Pb); (3)- CE là điện ... cứu chế tạo khảo sát đặc trưng điện hóa Li2SnO3 làm vật liệu iện cực anôt cho pin ion liti Mục đích nghiên cứu - Nghiên cứu công nghệ chế tạo vật liệu làm điện cực anôt Li2SnO3 cho pin ion liti. .. kết khảo sát đặc trưng điện hóa điện cực chế tạo từ vật liệu điện cực Li2SnO3 cho thấy: - Các vật liệu sử dụng làm vật liệu điện cực anôt cho pin ion Liti - Trong vật liệu khảo sát, Li2SnO3 nhận... - Khảo sát đặc trưng cấu trúc, đặc trưng điện hóa vật liệu điện cực anôt chế tạo Nhiệm vụ nghiên cứu - Nghiên cứu thực nghiệm công nghệ chế tạo mẫu - Khảo sát đặc trưng cấu trúc, đặc trưng điện