Evaluation of the effect of the synthesis method on the performance of manganese spinel as cathode material in lithium-ion batteries

Autores
Uribe Grajales, Lina María; Vásquez Arroyave, Ferley Alejandro; Thomas, Jorge Enrique; Calderón Gutiérrez, Jorge Andrés
Año de publicación
2018
Idioma
inglés
Tipo de recurso
artículo
Estado
versión publicada
Descripción
Spinel-structured lithium manganese oxide (LiMn2O4) has been successfully used as a cathode material for various lithium batteries. To improve the capacity and increase the discharge potential of the battery, transition metals are commonly added to the spinel as dopants or as a substitute for manganese. This can also confer stability on the structure of the cathode material. In this work, the production and performance of spinel LiMn2O4 (LMO) and LiN i0.5Mn1.5O4 (LNMO) by solid-state and sol-gel synthesis methods were studied. Synthetized (LMO) and (LNMO) materials were characterized by Raman spectroscopy and X-ray diffraction (XRD) to verify the formation of a spinel-like structure. It was corroborated that both synthesis methods can produce an adequate spinel structure. SEM analyses showed that in general, spinel take an octahedral form. The particle size changes according to the synthesis method used. Lower particle sizes were obtained by sol-gel. The electrochemical characterization demonstrates that solid-state synthesis generates compounds with greater purity and crystallinity, which induces a greater capacity of lithium ion intercalation. The addition of nickel to the spinel increases the discharge potential of the cathode by 0.5V.
Los óxidos de manganeso con estructura tipo espinela (LiMn2O4) han sido utilizados con éxito como materiales de cátodo para las baterías de ion-litio. Para mejorar la capacidad e incrementar el potencial de descarga de la batería, comúnmente se han adicionado metales de transición a la espinela, como dopantes o sustituyentes del manganeso. Esto puede conferirle también estabilidad a la estructura del material de cátodo. En este trabajo se evaluó la obtención y el desempeño de las espinelas deLiMn2O4 (LMO) y LiN i0.5Mn1.5O4 (LNMO) obtenidas por procesos de síntesis en estado sólido y sol-gel se estudiaron. Los materiales sinterizados de (LMO) y (LMNO) se caracterizaron por espectroscopia Raman y difracción de rayos X (DRX) para evidenciar la formación de la estructura tipo espinela. Fue corroborado que mediante ambos métodos de síntesis se puede producir una estructura de espinela adecuada. El análisis SEM mostró en general que la espinela adquiere una forma octahedral. El tamaño de partícula cambia de acuerdo al método de síntesis empleado, obteniendo un menor tamaño de partícula en la síntesis por sol-gel. La caracterización electroquímica demuestra que la síntesis por estado sólido genera componentes con mayor pureza y cristalinidad, los cuales generan una mayor capacidad de intercalación de iones litio. La adición de níquel a la espinela incrementa el potencial de descarga del cátodo en 0.5V.
Fil: Uribe Grajales, Lina María. Universidad de Antioquia; Colombia
Fil: Vásquez Arroyave, Ferley Alejandro. Universidad de Antioquia; Colombia
Fil: Thomas, Jorge Enrique. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata. Instituto de Investigaciones Fisicoquímicas Teóricas y Aplicadas. Universidad Nacional de La Plata. Facultad de Ciencias Exactas. Instituto de Investigaciones Fisicoquímicas Teóricas y Aplicadas; Argentina
Fil: Calderón Gutiérrez, Jorge Andrés. Universidad de Antioquia; Colombia
Materia
LITHIUM-ION BATTERY
MANGANESE SPINEL
SOLID-STATE SYNTHESIS
SOL-GEL
ELEMENTAL SUBSTITUTION
Nivel de accesibilidad
acceso abierto
Condiciones de uso
https://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/2.5/ar/
Repositorio
CONICET Digital (CONICET)
Institución
Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas
OAI Identificador
oai:ri.conicet.gov.ar:11336/151849

id CONICETDig_3ba20c12c866f1e81eb9d16294a7a277
oai_identifier_str oai:ri.conicet.gov.ar:11336/151849
network_acronym_str CONICETDig
repository_id_str 3498
network_name_str CONICET Digital (CONICET)
spelling Evaluation of the effect of the synthesis method on the performance of manganese spinel as cathode material in lithium-ion batteriesEvaluación del efecto del método de síntesis sobre el desempeño de la espinela de manganeso como material de cátodo en baterías de ion-litioUribe Grajales, Lina MaríaVásquez Arroyave, Ferley AlejandroThomas, Jorge EnriqueCalderón Gutiérrez, Jorge AndrésLITHIUM-ION BATTERYMANGANESE SPINELSOLID-STATE SYNTHESISSOL-GELELEMENTAL SUBSTITUTIONhttps://purl.org/becyt/ford/1.4https://purl.org/becyt/ford/1Spinel-structured lithium manganese oxide (LiMn2O4) has been successfully used as a cathode material for various lithium batteries. To improve the capacity and increase the discharge potential of the battery, transition metals are commonly added to the spinel as dopants or as a substitute for manganese. This can also confer stability on the structure of the cathode material. In this work, the production and performance of spinel LiMn2O4 (LMO) and LiN i0.5Mn1.5O4 (LNMO) by solid-state and sol-gel synthesis methods were studied. Synthetized (LMO) and (LNMO) materials were characterized by Raman spectroscopy and X-ray diffraction (XRD) to verify the formation of a spinel-like structure. It was corroborated that both synthesis methods can produce an adequate spinel structure. SEM analyses showed that in general, spinel take an octahedral form. The particle size changes according to the synthesis method used. Lower particle sizes were obtained by sol-gel. The electrochemical characterization demonstrates that solid-state synthesis generates compounds with greater purity and crystallinity, which induces a greater capacity of lithium ion intercalation. The addition of nickel to the spinel increases the discharge potential of the cathode by 0.5V.Los óxidos de manganeso con estructura tipo espinela (LiMn2O4) han sido utilizados con éxito como materiales de cátodo para las baterías de ion-litio. Para mejorar la capacidad e incrementar el potencial de descarga de la batería, comúnmente se han adicionado metales de transición a la espinela, como dopantes o sustituyentes del manganeso. Esto puede conferirle también estabilidad a la estructura del material de cátodo. En este trabajo se evaluó la obtención y el desempeño de las espinelas deLiMn2O4 (LMO) y LiN i0.5Mn1.5O4 (LNMO) obtenidas por procesos de síntesis en estado sólido y sol-gel se estudiaron. Los materiales sinterizados de (LMO) y (LMNO) se caracterizaron por espectroscopia Raman y difracción de rayos X (DRX) para evidenciar la formación de la estructura tipo espinela. Fue corroborado que mediante ambos métodos de síntesis se puede producir una estructura de espinela adecuada. El análisis SEM mostró en general que la espinela adquiere una forma octahedral. El tamaño de partícula cambia de acuerdo al método de síntesis empleado, obteniendo un menor tamaño de partícula en la síntesis por sol-gel. La caracterización electroquímica demuestra que la síntesis por estado sólido genera componentes con mayor pureza y cristalinidad, los cuales generan una mayor capacidad de intercalación de iones litio. La adición de níquel a la espinela incrementa el potencial de descarga del cátodo en 0.5V.Fil: Uribe Grajales, Lina María. Universidad de Antioquia; ColombiaFil: Vásquez Arroyave, Ferley Alejandro. Universidad de Antioquia; ColombiaFil: Thomas, Jorge Enrique. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata. Instituto de Investigaciones Fisicoquímicas Teóricas y Aplicadas. Universidad Nacional de La Plata. Facultad de Ciencias Exactas. Instituto de Investigaciones Fisicoquímicas Teóricas y Aplicadas; ArgentinaFil: Calderón Gutiérrez, Jorge Andrés. Universidad de Antioquia; ColombiaImprenta Univ Antioquia2018-04info:eu-repo/semantics/articleinfo:eu-repo/semantics/publishedVersionhttp://purl.org/coar/resource_type/c_6501info:ar-repo/semantics/articuloapplication/pdfapplication/pdfhttp://hdl.handle.net/11336/151849Uribe Grajales, Lina María; Vásquez Arroyave, Ferley Alejandro; Thomas, Jorge Enrique; Calderón Gutiérrez, Jorge Andrés; Evaluation of the effect of the synthesis method on the performance of manganese spinel as cathode material in lithium-ion batteries; Imprenta Univ Antioquia; Revista Facultad de Ingeniería Universidad de Antioquia; 87; 4-2018; 41-490120-6230CONICET DigitalCONICETenginfo:eu-repo/semantics/altIdentifier/url/https://revistas.udea.edu.co/index.php/ingenieria/article/view/329266info:eu-repo/semantics/altIdentifier/doi/10.17533/udea.redin.n87a06info:eu-repo/semantics/openAccesshttps://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/2.5/ar/reponame:CONICET Digital (CONICET)instname:Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas2025-09-29T10:32:43Zoai:ri.conicet.gov.ar:11336/151849instacron:CONICETInstitucionalhttp://ri.conicet.gov.ar/Organismo científico-tecnológicoNo correspondehttp://ri.conicet.gov.ar/oai/requestdasensio@conicet.gov.ar; lcarlino@conicet.gov.arArgentinaNo correspondeNo correspondeNo correspondeopendoar:34982025-09-29 10:32:44.164CONICET Digital (CONICET) - Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicasfalse
dc.title.none.fl_str_mv Evaluation of the effect of the synthesis method on the performance of manganese spinel as cathode material in lithium-ion batteries
Evaluación del efecto del método de síntesis sobre el desempeño de la espinela de manganeso como material de cátodo en baterías de ion-litio
title Evaluation of the effect of the synthesis method on the performance of manganese spinel as cathode material in lithium-ion batteries
spellingShingle Evaluation of the effect of the synthesis method on the performance of manganese spinel as cathode material in lithium-ion batteries
Uribe Grajales, Lina María
LITHIUM-ION BATTERY
MANGANESE SPINEL
SOLID-STATE SYNTHESIS
SOL-GEL
ELEMENTAL SUBSTITUTION
title_short Evaluation of the effect of the synthesis method on the performance of manganese spinel as cathode material in lithium-ion batteries
title_full Evaluation of the effect of the synthesis method on the performance of manganese spinel as cathode material in lithium-ion batteries
title_fullStr Evaluation of the effect of the synthesis method on the performance of manganese spinel as cathode material in lithium-ion batteries
title_full_unstemmed Evaluation of the effect of the synthesis method on the performance of manganese spinel as cathode material in lithium-ion batteries
title_sort Evaluation of the effect of the synthesis method on the performance of manganese spinel as cathode material in lithium-ion batteries
dc.creator.none.fl_str_mv Uribe Grajales, Lina María
Vásquez Arroyave, Ferley Alejandro
Thomas, Jorge Enrique
Calderón Gutiérrez, Jorge Andrés
author Uribe Grajales, Lina María
author_facet Uribe Grajales, Lina María
Vásquez Arroyave, Ferley Alejandro
Thomas, Jorge Enrique
Calderón Gutiérrez, Jorge Andrés
author_role author
author2 Vásquez Arroyave, Ferley Alejandro
Thomas, Jorge Enrique
Calderón Gutiérrez, Jorge Andrés
author2_role author
author
author
dc.subject.none.fl_str_mv LITHIUM-ION BATTERY
MANGANESE SPINEL
SOLID-STATE SYNTHESIS
SOL-GEL
ELEMENTAL SUBSTITUTION
topic LITHIUM-ION BATTERY
MANGANESE SPINEL
SOLID-STATE SYNTHESIS
SOL-GEL
ELEMENTAL SUBSTITUTION
purl_subject.fl_str_mv https://purl.org/becyt/ford/1.4
https://purl.org/becyt/ford/1
dc.description.none.fl_txt_mv Spinel-structured lithium manganese oxide (LiMn2O4) has been successfully used as a cathode material for various lithium batteries. To improve the capacity and increase the discharge potential of the battery, transition metals are commonly added to the spinel as dopants or as a substitute for manganese. This can also confer stability on the structure of the cathode material. In this work, the production and performance of spinel LiMn2O4 (LMO) and LiN i0.5Mn1.5O4 (LNMO) by solid-state and sol-gel synthesis methods were studied. Synthetized (LMO) and (LNMO) materials were characterized by Raman spectroscopy and X-ray diffraction (XRD) to verify the formation of a spinel-like structure. It was corroborated that both synthesis methods can produce an adequate spinel structure. SEM analyses showed that in general, spinel take an octahedral form. The particle size changes according to the synthesis method used. Lower particle sizes were obtained by sol-gel. The electrochemical characterization demonstrates that solid-state synthesis generates compounds with greater purity and crystallinity, which induces a greater capacity of lithium ion intercalation. The addition of nickel to the spinel increases the discharge potential of the cathode by 0.5V.
Los óxidos de manganeso con estructura tipo espinela (LiMn2O4) han sido utilizados con éxito como materiales de cátodo para las baterías de ion-litio. Para mejorar la capacidad e incrementar el potencial de descarga de la batería, comúnmente se han adicionado metales de transición a la espinela, como dopantes o sustituyentes del manganeso. Esto puede conferirle también estabilidad a la estructura del material de cátodo. En este trabajo se evaluó la obtención y el desempeño de las espinelas deLiMn2O4 (LMO) y LiN i0.5Mn1.5O4 (LNMO) obtenidas por procesos de síntesis en estado sólido y sol-gel se estudiaron. Los materiales sinterizados de (LMO) y (LMNO) se caracterizaron por espectroscopia Raman y difracción de rayos X (DRX) para evidenciar la formación de la estructura tipo espinela. Fue corroborado que mediante ambos métodos de síntesis se puede producir una estructura de espinela adecuada. El análisis SEM mostró en general que la espinela adquiere una forma octahedral. El tamaño de partícula cambia de acuerdo al método de síntesis empleado, obteniendo un menor tamaño de partícula en la síntesis por sol-gel. La caracterización electroquímica demuestra que la síntesis por estado sólido genera componentes con mayor pureza y cristalinidad, los cuales generan una mayor capacidad de intercalación de iones litio. La adición de níquel a la espinela incrementa el potencial de descarga del cátodo en 0.5V.
Fil: Uribe Grajales, Lina María. Universidad de Antioquia; Colombia
Fil: Vásquez Arroyave, Ferley Alejandro. Universidad de Antioquia; Colombia
Fil: Thomas, Jorge Enrique. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata. Instituto de Investigaciones Fisicoquímicas Teóricas y Aplicadas. Universidad Nacional de La Plata. Facultad de Ciencias Exactas. Instituto de Investigaciones Fisicoquímicas Teóricas y Aplicadas; Argentina
Fil: Calderón Gutiérrez, Jorge Andrés. Universidad de Antioquia; Colombia
description Spinel-structured lithium manganese oxide (LiMn2O4) has been successfully used as a cathode material for various lithium batteries. To improve the capacity and increase the discharge potential of the battery, transition metals are commonly added to the spinel as dopants or as a substitute for manganese. This can also confer stability on the structure of the cathode material. In this work, the production and performance of spinel LiMn2O4 (LMO) and LiN i0.5Mn1.5O4 (LNMO) by solid-state and sol-gel synthesis methods were studied. Synthetized (LMO) and (LNMO) materials were characterized by Raman spectroscopy and X-ray diffraction (XRD) to verify the formation of a spinel-like structure. It was corroborated that both synthesis methods can produce an adequate spinel structure. SEM analyses showed that in general, spinel take an octahedral form. The particle size changes according to the synthesis method used. Lower particle sizes were obtained by sol-gel. The electrochemical characterization demonstrates that solid-state synthesis generates compounds with greater purity and crystallinity, which induces a greater capacity of lithium ion intercalation. The addition of nickel to the spinel increases the discharge potential of the cathode by 0.5V.
publishDate 2018
dc.date.none.fl_str_mv 2018-04
dc.type.none.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/article
info:eu-repo/semantics/publishedVersion
http://purl.org/coar/resource_type/c_6501
info:ar-repo/semantics/articulo
format article
status_str publishedVersion
dc.identifier.none.fl_str_mv http://hdl.handle.net/11336/151849
Uribe Grajales, Lina María; Vásquez Arroyave, Ferley Alejandro; Thomas, Jorge Enrique; Calderón Gutiérrez, Jorge Andrés; Evaluation of the effect of the synthesis method on the performance of manganese spinel as cathode material in lithium-ion batteries; Imprenta Univ Antioquia; Revista Facultad de Ingeniería Universidad de Antioquia; 87; 4-2018; 41-49
0120-6230
CONICET Digital
CONICET
url http://hdl.handle.net/11336/151849
identifier_str_mv Uribe Grajales, Lina María; Vásquez Arroyave, Ferley Alejandro; Thomas, Jorge Enrique; Calderón Gutiérrez, Jorge Andrés; Evaluation of the effect of the synthesis method on the performance of manganese spinel as cathode material in lithium-ion batteries; Imprenta Univ Antioquia; Revista Facultad de Ingeniería Universidad de Antioquia; 87; 4-2018; 41-49
0120-6230
CONICET Digital
CONICET
dc.language.none.fl_str_mv eng
language eng
dc.relation.none.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/altIdentifier/url/https://revistas.udea.edu.co/index.php/ingenieria/article/view/329266
info:eu-repo/semantics/altIdentifier/doi/10.17533/udea.redin.n87a06
dc.rights.none.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/openAccess
https://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/2.5/ar/
eu_rights_str_mv openAccess
rights_invalid_str_mv https://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/2.5/ar/
dc.format.none.fl_str_mv application/pdf
application/pdf
dc.publisher.none.fl_str_mv Imprenta Univ Antioquia
publisher.none.fl_str_mv Imprenta Univ Antioquia
dc.source.none.fl_str_mv reponame:CONICET Digital (CONICET)
instname:Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas
reponame_str CONICET Digital (CONICET)
collection CONICET Digital (CONICET)
instname_str Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas
repository.name.fl_str_mv CONICET Digital (CONICET) - Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas
repository.mail.fl_str_mv dasensio@conicet.gov.ar; lcarlino@conicet.gov.ar
_version_ 1844614341472550912
score 13.070432