La estructura y el diseño de la interfaz permiten un cátodo rico en litio estable

Área de la Ciencia:

• Ciencias de los materiales
• La electroquímica
• Almacenamiento de energía

Sus antecedentes:

• Los cátodos de óxido en capas ricos en litio ofrecen una alta densidad de energía teórica para las baterías de iones de litio.
• Los cátodos estructurados con O3 enfrentan desafíos como baja eficiencia coulombina inicial, desvanecimiento de voltaje y mala estabilidad debido a la liberación de oxígeno y la migración de metales.

Objetivo del estudio:

• Para superar las limitaciones de los cátodos estructurados con O3 en óxidos en capas ricos en litio.
• Mejorar la estabilidad y el rendimiento de las baterías de litio de alta energía.

Principales métodos:

• Se utilizó un material de cátodo Li$_{1.2}$Ni$_{0.13}$Co$_{0.13}$Mn$_{0.54}$O$_{2}$ (O2-LR-NCM) de estructura estable.
• Se empleó un electrolito totalmente fluorado.
• Investigó la formación in situ de una interfase cátodo-electrolito fluorada (CEI).

Principales resultados:

• La estructura O2-LR-NCM restringió efectivamente la migración de metales de transición.
• El CEI fluorado suprimió las transiciones estructurales y la liberación de oxígeno, salvaguardando las parejas redox de metales de transición.
• Logró una alta eficiencia de Coulomb inicial del 99,82%, eficiencia de ciclo >99,9%, capacidad reversible de 278 mAh/g y retención de capacidad del 83,3% después de 100 ciclos.

Conclusiones:

• El diseño sinérgico del cátodo estructurado con O2 y el electrolito totalmente fluorado mejora significativamente la estabilidad y el rendimiento electroquímico de los óxidos en capas ricos en litio.
• Este enfoque ofrece una estrategia prometedora para el desarrollo de la próxima generación de baterías de iones de litio de alta energía.