Synteza materiału katodowego LiMn2O4 domieszkowanego Fe metodą reakcji w fazie stałej do zastosowania w bateriach Li

LiFe0.1Mn1.9O4 is expected as a cathode material for the rechargeable lithium-ion batteries. LiMn2O4 has been received attention because this has advantages such as low cost and low toxicity compared with other cathode materials of LiCoO2 and LiNiO2. However, LiMn2O4 has some problems such as small capacity and no long life. LiMn2O4 is phase transformation at around human life temperature. One of the methods to overcome this problem is to stabilize the spinel structure by substituting Mn site ion in LiMn2O4 with transition metals (Al, Mg, Ti, Ni, Fe, etc.). LiFe0.1Mn1.9O4 spinel was synthesized from Li2CO3, Fe2O3 and MnO22 powder. The purpose of this study is to report the optimal condition of Fe doped LiFe0.1Mn1.9O4. Li2CO3, Fe2O3, and MnO2 mixture powder was heated up to 1173 K by TG-DTA. Li2CO3 was thermal decomposed, and CO2 gas evolved, and formed Li2O at about 800 K. LiFe0.1Mn1.9O4 was synthesized from a consecutive reaction Li2O, Fe2O3 and MnO2 at 723 ~ 1023 K. Active energy is calculated to 178 kJmol−1 at 723 ~ 1023 K. The X-ray powder diffraction pattern of the LiFe0.1Mn1.9O4 heated mixture powder at 1023 K for 32 h in air flow was observed.LiFe0.1Mn1.9O4 jest obiecującym materiałem katodowym do zastosowania w bateriach litowo-jonowych z możliwością wielokrotnego ładowania. LiMn2O4 cieszy się dużym zainteresowaniem z powodu niskiego kosztu otrzymywania oraz niskiej toksyczności w porównaniu z innymi materiałami katodowymi typu LiCoO2 and LiNiO2 czy LiNiO2. Jednak LiMn2O4 posiada również wady: niską pojemność i krótką żywotność. Dodatkowo, przemiana fazowa LiMn2O4 zachodzi w temperaturze pokojowej. Jedną z metod rozwiązania tego problemu jest stabilizacja struktury spinelu poprzez podstawienie jonu Mn w sieci LiMn2O4 metalami przejściowymi (Al, Mg, Ti, Ni, Fe, itp.). Spinel LiFe0.1Mn1.9O4 syntezowano z proszków Li2CO3, Fe2O3 i MnO22. Celem badań było znalezienie optymalnych warunków syntezy spinelu LiFe0.1Mn1.9O4 domieszkowanego Fe. Mieszaninę proszków Li2CO3, Fe2O3 i MnO2 poddano analizie TG-DTA. W temperaturze 800 K Li2CO3 uległ rozkładowi termicznemu, w wyniku czego powstało CO2 i Li2O. LiFe0.1Mn1.9O4 zsyntezowano w wyniku reakcji następczej pomiędzy Li2O, Fe2O3 i MnO2 w temperaturze 723 ~ 1023 K. Energię aktywacji oszacowano na 178 kJmol−1 w zakresie temperatur 723 ~ 1023 K. Przeprowadzono także analizę XRD proszku LiFe0.1Mn1.9O4 wygrzewanego w 1023 K przez 32 godz. w warunkach przepływu powietrza