Obtenção de LiFePO4 via síntese assistida por microondas, caracterização e testes eletroquímicos visando sua aplicação como catodos em baterias de íons lítio

• Main Author: Smecellato, Pamela Cristina
• Other Authors: Biaggio, Sonia Regina
• Language: Portuguese
• Published: Universidade Federal de São Carlos 2016
• Subjects: LiFePo4; Síntese em estado sólido; Síntese por micro-ondas; Catodos; Baterias de íons lítio; CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::QUIMICA
• Online Access: https://repositorio.ufscar.br/handle/ufscar/7348

Submitted by Bruna Rodrigues ([e-mail]) on 2016-09-21T13:28:03Z No. of bitstreams: 1 TesePCSov.pdf: 3513150 bytes, checksum: 7e2e8d6239392979ea285f15e7463f61 (MD5) === Approved for entry into archive by Marina Freitas ([e-mail]) on 2016-09-21T18:25:23Z (GMT) No. of bitstreams: 1 TesePCSov.pdf: 3513150 bytes, checksum: 7e2e8d6239392979ea285f15e7463f61 (MD5) === Approved for entry into archive by Marina Freitas ([e-mail]) on 2016-09-21T18:25:29Z (GMT) No. of bitstreams: 1 TesePCSov.pdf: 3513150 bytes, checksum: 7e2e8d6239392979ea285f15e7463f61 (MD5) === Made available in DSpace on 2016-09-21T18:25:36Z (GMT). No. of bitstreams: 1 TesePCSov.pdf: 3513150 bytes, checksum: 7e2e8d6239392979ea285f15e7463f61 (MD5) Previous issue date: 2015-07-24 === Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) === In this work, studies on the optimization of the LiFePO4 synthesis were performed, aiming to obtain a product, at shorter calcination times, with smaller particle size and promising electrochemical properties for applications as cathode material in lithium ion batteries. Crystalline LiFePO4 was synthesized through the combination of carbothermal reduction and microwave-assisted solid-state reaction. The precursors LiOH.H2O, FePO4.4H2O, glucose and graphite were exposed to carbothermal reduction at 200 ºC during 3 h and subsequently calcined by irradiation with microwaves at 800 W for varying times, from 1 to 5 min. The obtained products were analyzed through thermal analysis using TGADTG and DSC curves. Their structural, morphological and electrochemical properties were investigated by means of X-Ray diffractometry, infrared spectroscopy, scanning electron microscopy and cyclic voltammetry, respectively. The product obtained at 3 min, besides presenting the smallest particle size (100 to 150 nm), was the only one with a crystalline phase and a voltammetric profile characteristic of LiFePO4 between 3,2 and 3,7 V vs. Li/Li+ in a solution of 1 mol L-1 LiClO4 in EC/DMC (1:1 V/V). The electrode was prepared with LiFePO4, acetylene black and PVDF (85:10:5 m/m/m), and the diffusion coefficient of Li ions in the LiFePO4 phase was estimated as 0,29.10–14 cm2 s-1. Galvanostatic charge-discharge tests were performed with this electrode between 3,8 and 3,1 V vs. Li/Li+ under the same experimental conditions as in the cyclic voltammetry. The obtained LiFePO4 presented an initial specific capacity of 100 mA h g-1 at C/4, considering 39,8% of active material. === Neste trabalho foram realizados estudos de otimização da síntese do LiFePO4, buscando obter em menores tempos de calcinação um material com tamanho de partículas menor, com propriedades eletroquímicas promissoras para a aplicação como catodo em baterias de íons lítio, combinando-se uma reação de redução carbotermal à reação em estado sólido assistida por micro-ondas. Uma mistura dos precursores LiOH.H2O, FePO4.4H2O, glicose e grafite foi submetida à redução carbotermal a 200 ºC por 3 h e posteriormente calcinada por radiação de micro-ondas a 800 W, variando-se o tempo de calcinação entre 1 e 5 min. Os produtos obtidos foram investigados por análises térmicas através das curvas de TGA-DTG e DSC. Suas propriedades estruturais, morfológicas e eletroquímicas foram investigadas, respectivamente, por difratometria de Raios X, espectroscopia de infravermelho, microscopia eletrônica de varredura e voltametria cíclica. Dentre os produtos obtidos, o material sintetizado a 3 min, além de apresentar tamanho de partículas menor (100 a 150 nm), foi o único que apresentou a fase cristalina e um perfil voltamétrico característico do LiFePO4 no intervalo de potencial de 3,2 a 3,7 V vs. Li/Li+ em meio de LiClO4 1 mol L-1 em EC/DMC (1:1 V/V), utilizando um eletrodo constituído de fosfato litiado, negro de acetileno e PVDF (85:10:5 m/m/m). O coeficiente de difusão de íons Li no LiFePO4 obtido foi estimado como 0,29.10–14 cm2 s-1. Testes galvanostáticos de carga e descarga foram realizados com este material nas mesmas condições experimentais da voltametria cíclica, com potenciais de corte de 3,8 V e 3,1 V vs. Li/Li+. Valores de capacidade específica inicial de aproximadamente 100 mA h g-1 foram obtidos a C/4, considerando 39,8% de material ativo.