Optimization of electrochemical properties of nanocomposites cathode C / Li2MnSiO4 to safe Li-Ion battery

W odpowiedzi na potrzeby współczesnego społeczeństwa oraz aby zapobiec globalnemu ociepleniu i zmniejszającym się zasobom paliw kopalnych, niezbędne jest znalezienie nowych systemów przewarzających i magazynujących energię. Baterie litowo - jonowe zrewolucjonizowały rynek przenośnej elektroniki. Rozwój technologii baterii litowo jonowych zależy od badań nowych elektrod i elektrolitów. Najbardziej kosztowym z elementów akumulatora litowo – jonowego (anoda, katoda, elektrolit) jest materiał katodowy, dlatego intensywne badania skupiają się właśnie na tej elektrodzie. Ortokrzemian litowo – manganowy jest najbardziej obiecującym materiałem katodowym dla baterii litowo- jonowych ze względu na wysoką pojemność teoretyczną (333 mAh g-1), niski koszt, nietoksyczność, dużą stabilność chemiczna wynikająca z obecności silnych wiązań kowalencyjnych (Si-O), przyjazność dla środowiska oraz dużą dostępność manganu. Niestety materiał ten cechuje się niską przewodnością elektryczną, która w temperaturze pokojowej wynosi około 10-16 S/cm, Przewodność elektryczna może być zwiększona poprzez otrzymywanie w formie nanomateriału i pokrywanie go przewodząca warstwa węglowa (CCL). Kompozyt elektrodowy C/Li2MnSiO4 otrzymano za pomocą syntezy zol – żel Pechiniego, a następnie poprzez pokrycie przewodzącą warstwą węglową. Morfologia i właściwości otrzymanego kompozytu zostały określone za pomocą proszkowej dyfrakcji rentgenowskiej (XRD), pomiarów przewodnictwa elektrycznego (EC), analizy termicznej (TGA) oraz transmisyjnej mikroskopii elektronowej (TEM)In response to the needs of modern society and to meet the challenge of global warming and decreasing of nature of fossil fuels it is now necessary to found new, energy conversion and storage system. Lithium ion battery have revolutionized the portable electronics market. The development of lithium ion battery technology will depend of the research of the new electrodes and electrolytes. Among the components of LIB: cathode, anode, electrolyte, cathode material is the most expensive and because of that the intensive research focus of this electrode. Lithium manganese orthosilicate Li2MnSiO4 is the most promising material for Li-Ion batteries due to high theoretical capacity (333 mAh g-1), low cost, nontoxicity, high thermal and chemical stability due to a presence of strong covalent Si - O bonds, environment friendliness and high natural abundance of manganese. Unfortunately this material shows low electric conductivity at room temperature 10-16 S/cm, this can be improved by preparation of nano-grained material and coating with conductive carbon layer (CCL). C/ Li2MnSiO4 composites was prepared using sol – gel Pechini synthesis fallowed by carbon coating process. Morphology and properties were determined using X-Ray Diffraction (XRD), electrical conductivity measurements (EC), thermal analysis (TGA) and transmission electron microscopy (TEM)