Evolución estructural en catodos de sal de roca desordenados

Área de la Ciencia:

• Ciencias de los materiales
• La electroquímica
• Química del estado sólido

Sus antecedentes:

• Los óxidos de sal de roca desordenados con exceso de litio (DRX) son materiales de cátodo rentables para baterías de iones de litio con altas capacidades teóricas.
• El DRX rico en Mn (Li₁₊MnM_1-O₂, y ≥ 0.5) muestra aumentos de capacidad durante el ciclo, vinculados a la formación de una "fase δ" con dominios similares a espineles.

Objetivo del estudio:

• Investigar sistemáticamente la evolución estructural del DRX basado en Mn al calentarlo en varios estados de deslitización.
• Comprender los reordenamientos estructurales durante el ciclo de la batería y el mecanismo de formación de la "fase δ".

Principales métodos:

• Sincrotrón de rayos X y difracción de neutrones para analizar la estructura de la "fase δ".
• Experimentos de difracción de rayos X con calentamiento in situ.
• Estudios termoquímicos.

Principales resultados:

• Todas las estructuras DRX estudiadas se relajan a la "fase δ" al calentarse, lo que lleva a una mejora de la capacidad.
• La migración selectiva de Li y Mn/Ti dentro de la estructura de DRX causa los reordenamientos estructurales observados.
• Tanto el DRX rico en Mn como el pobre en Mn pueden relajarse a la "fase δ" después de la deslitización, pero con diferentes estructuras de dominio.

Conclusiones:

• La formación de la "fase δ" es un mecanismo clave para la mejora de la capacidad en el DRX basado en exceso de Li-Mn.
• El DRX rico en Mn exhibe una mayor fuerza motriz termodinámica y una menor energía de activación para la relajación de "fase δ", lo que explica su prevalencia durante el ciclo de la batería.