Development of novel electrode materials for Li-ion batteries

Abstract

Bu çalışmada, V2O5'in katot malzemesi olarak kullanımının elektrokimyasal özelliklerini iyileştirmek için, indirgenmiş grafit oksit katkılı V2O5-B2O3 cam kompozitleri önerilmiştir. Önerilen malzeme, 80:20, 85:15 ve 90:10 yüzde kütle oranlarında sentezlenmiştir. Sentezlenen malzemelerin karakterizasyonu için taramalı elektron mikroskobu (SEM) görüntüleri ve X-ışını kırınımı (XRD) yöntemleri kullanılmıştır. Önerilen malzemelerle hazırlanan katot kullanılarak düğme tipi hücreler hazırlanmıştır. Hazırlanan hücreler, farklı akım yoğunlukları kullanılarak çevrime tabi tutulmuş, özgün kapasite, çevrim performansı araştırılmıştır. İncelenen üç malzeme arasında 85:15 yüzde kütle oranına sahip V2O5-B2O3 camı en iyi elektrokimyasal performansı göstermiştir. Bu malzeme, en yüksek özgül kapasite değerine (222 mAh/g), 100 çevrim sonrasında en yüksek kapasite koruma oranına (64%) sahiptir. Çeşitli akım yoğunlukları kullanılarak çevrime tabi tutulduğunda, ilk özgül kapasitesinin yüksek kısmını korumuştur. Önerilen V2O5-B2O3 cam kompoziti ile V2O5 malzemesinin, lityum-iyon bataryalar için katot malzemesi olarak kullanımında gösterdiği elektrokimyasal performans başarılı bir şekilde iyileştirilmiştir.In this work, a novel cathode material, V2O5-B2O3 glass composite with reduced graphite oxide, is proposed to improve electrochemical characteristics in comparison to V2O5 as a cathode material. Proposed material was synthesized with three different compositions, 80:20, 85:15 and 90:10 wt-% V2O5:B2O3. The characterization for the materials was done by using scanning electron microscope (SEM) and X-ray diffractions (XRD) methods. Coin cells employing the proposed materials as cathodes were assembled against metallic Li. The assembled batteries were cycled using varying current densities to investigate the electrochemical characteristics of the materials. Galvanostatic charge/discharge method was used to investigate the cycling performance of the materials. Varying current densities were used to investigate the rate capabilities of the materials. The 85:15 wt-% V2O5-B2O3 glass delivered the best electrochemical performance out of the three compositions examined. This material has the highest initial specific capacity (222 mAh/g), the highest capacity retention (64%) at 100th cycle and recovers the majority of the initial specific capacity when cycled with various current densities. The electrochemical performance of V2O5-B2O3 glass composites was shown to be better in comparison to plain V2O5 as cathode material for Li-ion batteries.