Operando RMN de las baterías de iones de litio NMC811: estructura, dinámica y deposición de metal de litio

Área de la Ciencia:

• Ciencias de los materiales
• La electroquímica
• Química analítica

Sus antecedentes:

• Las baterías de iones de litio (LIB) son fundamentales para la sociedad moderna, pero suelen tener una vida útil limitada.
• Comprender los mecanismos de degradación de la batería es esencial para mejorar el rendimiento y la seguridad.
• Las técnicas analíticas operando son invaluables para el estudio de los procesos dinámicos dentro de las baterías durante el funcionamiento.

Objetivo del estudio:

• Para demostrar la aplicabilidad de la espectroscopia de resonancia magnética nuclear (RMN) de Li a las células LIB completas.
• Investigar el rendimiento del ciclo y los mecanismos de degradación de los LIB de alta energía utilizando RMN.
• Para obtener información sobre la movilidad de iones de litio y la deposición de metal de litio en diversas condiciones.

Principales métodos:

• Se utilizó la espectroscopia Li NMR operando en las células completas LiNi 0.8 Mn 0.1 Co 0.1 O 811 / grafito.
• Realizó experimentos a velocidades prácticas y temperaturas variables para simular el uso de baterías en el mundo real.
• Procesos monitoreados dentro de los electrodos del cátodo y del ánodo simultáneamente.

Principales resultados:

• Rendimiento de ciclo realista demostrado de las celdas NMC811/grafito en condiciones operando.
• Observación de la movilidad de iones de litio y su dependencia de la temperatura en ambos electrodos.
• Detectado deposición de metal de litio en el ánodo de grafito a bajas temperaturas, una vía de degradación clave.

Conclusiones:

• La espectroscopia de RMN Li es una herramienta poderosa para el estudio de LIB completos.
• La técnica proporciona conocimientos únicos sobre la dinámica de iones de litio y los mecanismos de degradación como el recubrimiento de metal de litio.
• Los hallazgos contribuyen a una mejor comprensión de las limitaciones de rendimiento de LIB y los riesgos para la seguridad.