AVALIAÇÃO DA DECOMPOSIÇÃO TÉRMICA DE CATODOS DE Li x CoO 2 POR DIFRATOMETRIA DE RAIOS X Stephany Pires da Silva 1, Paulo Rogério Catarini da Silva 1 e Jair Scarminio 1 1 Departamento de Física - Universidade Estadual de Londrina INTRODUÇÃO Baterias de íon-lítio são dispositivos de armazenamento de energia química, amplamente utilizados em equipamentos eletrônicos portáteis. Em sua composição são empregados óxidos metálicos litiados como material eletroativo do catodo, como o Li x CoO 2. Um dos fatores que causam a perda de capacidade de carga dessas baterias, findando em seu descarte, é o desordenamento cristalográfico da estrutura do Li x CoO 2 ao longo dos ciclos de carga-descarga. Tratamentos térmicos decompõem o óxido Li x CoO 2 com deficiência de lítio, no composto estequiométrico Li 1,0 CoO 2 e no óxido Co 3 O 4, que não é eletroquimicamente ativo, dentro da janela de potencial de operação da bateria. Este trabalho foi realizado extraindo-se o material eletroativo do catodo (pó) de uma bateria descartada de íon-lítio de telefone celular, cujo SOH (State of Health) era de 91,67 %. O pó foi dividido em partes tratadas termicamente nas temperaturas de 700, 800 e 900 °C, durante 10 horas em atmosfera oxidante de O 2, em forno do tipo tubular no Lab. de Filmes Finos e Materiais (FILMAT) da UEL. Foram utilizadas as técnicas de difração de raios X (DRX) e análise por Refinamento Rietveld através do software HighScore Plus, para identificação dos compostos (fases) presentes no material e suas respectivas concentrações, antes e após os tratamentos térmicos. As concentrações de fases fornecidas pelo refinamento Rietveld para as diferentes temperaturas de tratamento térmico é mostrado na Tabela 1. → Pela equação 1, a quantidade dos produtos Li 1,0 CoO 2 e Co 3 O 4 depende apenas do valor de x do composto Li x CoO 2 como-extraído, entretanto as medidas por DRX mostram que existe uma dependência da quantidade destes produtos com a temperatura do tratamento térmico. → O aumento da temperatura do tratamento térmico provoca uma diminuição na concentração de Li 1,0 CoO 2 e um aumento na concentração de Co 3 O 4. → Em 900 °C as concentrações dos produtos da decomposição podem ter sido alteradas também pela evaporação de Li, que parece ocorrer a partir de 850 °C. → Os TT alteram significativamente a estrutura cristalina do LiCoO 2, deixando-a melhor ordenada cristalograficamente como mostra o valor da razão c/a para as amostras com TT. Tabela 1: Concentração das fases de Li 1,0 CoO 2 e de Co 3 O 4 resultantes das decomposições térmicas a 700, 800 e 900 °C fornecidas pelo Refinamento Rietveld e suas respectivas proporções em massa com relação ao composto Li 0,98 CoO 2 EXPERIMENTAL RESULTADOS E DISCUSSÕES CONCENTRAÇÃO DE FASES RIETVELD PROPORÇÃO EM MASSA COM RELAÇÃO AO Li 0,98 CoO 2 Temperatura de tratamento térmico Li 1,0 CoO 2 (% em massa) Co 3 O 4 (% em massa) Li 1,0 CoO 2 Co 3 O °C88,811,292,6911, °C81,818,287,3519, °C60,040,063,1442,09 Figura 3 - Razão entre as massas descritas na Tabela 1 e obtidas pela reação de decomposição térmica do Li 0,98 CoO 2 em função da temperatura de tratamento térmico Os refinamentos Rietveld dos difratogramas de raios X mostraram que o pó como-extraído do catodo foi identificado como sendo o composto Li 0,98 CoO 2 e que os tratamentos térmicos provocaram sua decomposição. Análises dos pós tratados termicamente indicaram a presença da fase estequiométrica Li 1,0 CoO 2 e da fase Co 3 O 4, em concordância com a reação de decomposição térmica abaixo. CONCLUSÃO AGRADECIMENTOS As figuras 1 e 2 mostram os difratogramas de todas as amostras com os picos referentes às suas respectivas fases. A amostra STT é composta por uma fase única de Li 0,98 CoO 2 e que após os TT surge a fase de Co 3 O 4. Além disso, a intensidade dos picos de Co 3 O 4 aumentam à medida que as temperaturas de TT aumentam, já como um indicativo de uma maior concentração desta fase. (Equação 1) Figura 1: Difratogramas das amostras sem tratamento térmico (STT) e com tratamentos térmicos (TT) em 700, 800 e 900 °C Figura 2: Difratogramas das amostras STT, e com tratamentos térmicos (TT) em 700, 800 e 900 °C, com aumento na região dos picos de Co 3 O 4  É possível observar uma convergência nos valores de c (em torno de 14,051 Å) após os TT enquanto que o parâmetro de rede a sofre pouca alteração.  Após o TT a célula unitária apresenta uma razão de c/a em torno de 4,993, indicando uma estrutura cristalina bem ordenada. Figura 4 – Parâmetros de rede a e c das amostras antes e após os tratamentos térmicos Pela equação 1 pode-se calcular as proporções em massa dos produtos da reação de decomposição térmica em relação ao reagente Li 0.98 CoO 2 (Teórica) e compará-las com as proporções em massa mostradas acima (Rietveld). XXXVI CBRAVIC / I WTMS