Sobre el estado de oxidación de los iones de manganeso en las soluciones de electrolitos de baterías de iones de...

Área de la Ciencia:

• La electroquímica
• Ciencias de los materiales
• Tecnología de baterías

Sus antecedentes:

• Las especies de manganeso disueltas en electrolitos de baterías de iones de litio son críticas para comprender los mecanismos de degradación.
• Las suposiciones anteriores favorecían al Mn2+ como el catión de manganeso disuelto dominante, lo que influyó en los modelos teóricos del rendimiento de la batería.

Objetivo del estudio:

• Identificar con precisión el catión de manganeso disuelto dominante en los electrolitos basados en LiPF6 para baterías de iones de litio.
• Para cuantificar la especiación del manganeso bajo diversas condiciones electroquímicas (cargada, descargada, ciclada).
• Para aclarar la estabilidad y el comportamiento de desproporcionamiento de las especies de manganeso disueltas.

Principales métodos:

• Análisis combinado mediante resonancia paramagnética de electrones (EPR) y espectroscopia de plasma acoplado inductivamente (ICP).
• Espectroscopia de absorción de rayos X cercana al borde (XANES) para determinar el estado medio de oxidación del manganeso disuelto.
• Análisis del diagrama de especiación para validar los resultados experimentales.

Principales resultados:

• El Mn3+ se identifica como el catión de manganeso disuelto dominante, que comprende aproximadamente el 80% tanto en estados completamente descargados como cargados, y el 60% en células cicladas.
• Estos resultados son consistentes con los datos de XANES y el análisis del diagrama de especiación.
• La fracción de Mn3+ se mantiene constante en el tiempo, con tasas de desproporcionamiento muy lentas.

Conclusiones:

• El punto de vista comúnmente aceptado de la dominación de Mn2+ es incorrecto; Mn3+ es la especie predominante en estos electrolitos de la batería.
• Se confirma la estabilidad de Mn3+ en electrolitos no acuosos apróticos, lo que sugiere una comprensión revisada de la disolución de manganeso en baterías de iones de litio.
• Estos hallazgos tienen implicaciones significativas para predecir y mitigar la degradación relacionada con el manganeso en las baterías de espinel de manganato de litio.