Synthesis of Ca2V2O7by Pechini method for anode in lithium-ion batteries - Silvano, Leticia Trezecik (2022)
Ca2V2O7 (CVO) possui uma estrutura em camadas, e tem sido investigada desde 1981, mas sua aplicação em baterias não tem sido muito estudada. O presente estudo investigou a aplicação de CVO em baterias de íons de lítio (LIBs), a fim de substituir o grafite na formulação comercial, empregando um sistema ligante à base de água, a fim de compreender e correlacionar os componentes da bateria com suas propriedades eletroquímicas.O CVO foi efetivamente sintetizado de acordo com a metodologia desenvolvida por Pechini, produzindo um pó monofásico puro feito de grãos aglomerados frágeis com um ponto de fusão de aproximadamente 1000 °C, baixo custo e fácil de processar. Este material foi verificado como anodo em LIBS, testando 2, 5 e 10% em massa de aditivo condutivo (C65), assim como um pequeno teste variando a quantidade de ligante na formulação, onde 4 e 10% em massa de ligante (CMC/SBR) foram testados. As partículas de CVO foram bem distribuídas ao longo do coletor de carga, onde os eletrodos não compactados mostram uma porosidade de 60% enquanto os eletrodos compactados mostram uma porosidade de 40%. As análises eletroquímicas realizadas nas células-moeda mostraram que os eletrodos têm excelente reversibilidade em diferentes densidades de corrente aplicada. Aplicando uma taxa de C/10, os eletrodos mostraram uma capacidade de carga de 234,68 mAh.g1 para o eletrodo compactado contendo 10% de C65. O aumento da quantidade de aditivo condutivo foi capaz de melhorar a capacidade de carga em até 43% e a compactação dos eletrodos promoveu um acréscimo de mais de 30% na capacidade de carga. Todas as formulações mostraram uma grande queda de capacidade nos primeiros ciclos, as razões poderiam estar entre a formação da camada de interface de eletrólito sólido (SEI), consumo de íons Li devido à irreversibilidade da transição de fase ou mesmo a decomposição do eletrólito líquido. Por outro lado, após 5 ciclos, os eletrodos mostraram um comportamento incomum para LIBS comerciais, uma recuperação da capacidade de carga. Este fenômeno já foi relatado anteriormente para outros vanadatos. Alguns autores explicam este comportamento como pulverização do material ativo, aumentando a área de superfície disponível para que as reações eletroquímicas ocorram, tendo como resposta o aumento da capacidade. Esta hipótese foi confirmada pelas images dos eletrodos após a ciclagem das baterias, onde microfraturas foram identificadas nas partículas de CVO. A difratometria de raios X dos eletrodos após a ciclagem mostrou que a fase CVO ainda está presente nos eletrodos mesmo após 300 ciclos, mas fases como LiOH, Cao e V7013 também foram identificadas. O estudo feito sobre a quantidade de ligante mostrou que o aumento da concentração deste material não teve grande influência nas propriedades eletroquímicas dos eletrodos. Em geral, foi possível obter uma bateria ciclável aplicando CVO como material ativo nos ânodos de LIBs, estas baterias não só mostraram uma excelente irreversibilidade para o armazenamento de íons de Li, mas também recuperaram parte da capacidade de carga de acordo com o aumento dos ciclos. A formulação contendo 4% de ligante e 10% de C65 (em massa), compactada, provou ser a condição mais promissora para as baterias de lítio