Ajuste de la estabilidad térmica en el litio en capas (Ni_xMn_yCo_z)

Área de la Ciencia:

• Ciencias de los materiales
• La electroquímica
• Química computacional

Sus antecedentes:

• Los materiales de óxido de litio-níquel-manganeso-cobalto (NMC) en capas son cruciales para las baterías de iones de litio recargables (LIB) que impulsan los vehículos eléctricos (EV).
• La optimización de la estabilidad térmica de los cátodos NMC es esencial para mejorar la seguridad y el rendimiento de la batería.

Objetivo del estudio:

• Elucidar los mecanismos que rigen la estabilidad térmica de los materiales NMC.
• Establecer un modelo para ajustar la estabilidad térmica mediante la comprensión del papel del oxígeno en la unidad de estructura de coordinación local (LCSU).

Principales métodos:

• Utilizando cálculos ab initio combinados con validación experimental.
• Analizar la unidad de estructura de coordinación local (LCSU) del oxígeno, específicamente TM ((Ni, Mn, Co) 3-O-Li3-x '), para comprender el enlace y la estabilidad del oxígeno.

Principales resultados:

• La estabilidad térmica está directamente influenciada por el átomo de oxígeno más inestable dentro de la LCSU.
• El contenido de litio, los estados de valencia de Ni, la composición elemental (Ni, Mn, Co) y el trastorno de Ni / Li afectan significativamente el sitio, el contenido y la temperatura de liberación del oxígeno.
• Los efectos sinérgicos entre las vacantes de Li y los estados de alta valencia de Ni exacerban la inestabilidad del oxígeno; un mayor contenido de Ni en LCSU conduce a un oxígeno más inestable.

Conclusiones:

• Se propone un modelo predictivo para ajustar la estabilidad térmica de NMC controlando el entorno y la estabilidad locales del oxígeno.
• La comprensión de los efectos de mezcla de Ni/Li es crucial: disminuye la estabilidad en los grupos "Ni=Mn" pero la mejora en el NMC "rico en Ni" al formar super cadenas de intercambio.
• El dopaje de Mn y Co ofrece una ruta directa para ajustar la estabilidad térmica de NMC modificando los estados de valencia de Ni, la coordinación de oxígeno y el trastorno de Ni / Li.