Development and characterization of mid-nickel layered oxide cathode applying niobium as a doping element for lithium-ion batteries

• Ano de defesa: 2024
• Autor(a) principal: Oliveira Filho, Helder Rezende de
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: eng
• Instituição de defesa: Universidade Federal de Viçosa; Agroquímica
• Palavras-chave em Português: Baterias elétricas; Lítio; Níquel; Nióbio; Química inorgânica
• Link de acesso: https://locus.ufv.br//handle/123456789/32173; https://doi.org/10.47328/ufvbbt.2024.065

A tese possui como objetivo de contribuir e disseminar informações úteis para o desenvolvimento de catodos à base de Ni para baterias de íon-lítio. Para atingir esse propósito, o primeiro capítulo apresentou uma abrangente revisão de literatura sobre o as etapas de desenvolvimento de catodos para baterias. Uma discussão de todos os aspectos de síntese e caracterizações in situ, ex-situ e in-operando de materiais catódicos foi realizada. Além disso, o capítulo incluiu as principais tendências e desafios encontrados na fase de pesquisa e desenvolvimento do catodo NMC. A principal classe de catodos de alta energia, acompanhada de resultados científicos publicados em periódicos de alto impacto também foi descrita ao longo do capítulo. Por fim, conceitos eletroquímicos, métodos de montagem de células e aplicação de técnicas de caracterização eletroquímica também foram discutidos. O segundo capítulo apresentou a síntese do material LiNi0,55Mn0,25Co0,20O2 dopado com Nb pelo método solvotermal seguido da reação no estado sólido. Além disso, os efeitos do nióbio na microestrutura e no desempenho eletroquímico do catodo foram investigados. Os resultados mostraram que os parâmetros da rede estrutural se expandiram devido ao maior raio iônico do dopante. O grau de mistura de cátions Li+/Ni2+ foi reduzido com a introdução de Nb, especialmente para os cátodos Nb0,5, Nb1,0 e Nb1,5. Verificou-se que a dopagem com Nb potencializou a atividade eletroquímica do material LiNi0,55Mn0,25Co0,20O2, aumentando sua capacidade de descarga inicial para 169,61 mAhg-1 quando 1% de Nb foi utilizado como dopante em contraste com a capacidade de 149,45 mAhg-1 apresentada pelo o material não dopado. O material 1,0Nb-NCM modificado apresentou excelente ciclagem à taxa de 1 C (2,8– 4,3 V) com uma retenção de capacidade de 92,7% após 100 ciclos. Estes resultados sugeriram que o teor otimizado de Nb possui um efeito benéfico na estrutura do catodo, melhorando o desempenho dos catodos médio Ni ao longo de sucessivos ciclos de carga/descarga. Palavras-chave: Eletroquímica; Baterias de íon-lítio; Catodo de óxido de níquel em camadas; Síntese solvotermal; Catodos dopados com nióbio.