Delineando los productos de reacción lateral trifásica en baterías de iones de litio de alta densidad de energía

Área de la Ciencia:

• Ciencias de los materiales
• La electroquímica
• Ingeniería Química

Sus antecedentes:

• Las reacciones secundarias no deseadas entre los materiales del cátodo y los electrolitos degradan la estabilidad de la batería de iones de litio, especialmente a temperaturas elevadas.
• Comprender los subproductos de estas reacciones es crucial para desarrollar sistemas de baterías más robustos.

Objetivo del estudio:

• Analizar cuantitativamente los subproductos gaseosos, solubles y sólidos de las reacciones de LiNiO2 y de los electrolitos de carbonato.
• Investigar el impacto de la temperatura y del LiPF6 en las reacciones adversas.
• Evaluar los dopantes para suprimir la evolución del gas y mejorar la estabilidad del cátodo.

Principales métodos:

• Espectrometría de masas electroquímica en línea (OEMS) para el análisis de desgasificación y la determinación de la energía de activación.
• Resonancia magnética nuclear (RMN) y espectroscopía de fotoelectrones de rayos X (XPS) para la caracterización de los subproductos.
• Evaluación de los dopantes de cátodo en un rango de temperatura.

Principales resultados:

• El aumento de la temperatura promueve las regiones de pre-plataforma atribuidas a la descomposición del carbonato de etilo metilo (EMC) y el carbonato de etileno (EC).
• Las reacciones directas de oxígeno-electrolito impulsan los principales eventos de desgasificación.
• La descomposición EC produce subproductos solubles y sólidos; la EMC produce principalmente especies sólidas, formando una interfase cátodo-electrolito más gruesa.
• El dopaje de magnesio suprime efectivamente la evolución de los gases al estabilizar el oxígeno de la celosía.

Conclusiones:

• Se estableció una clara correlación entre los productos de reacción secundaria trifásica y los mecanismos de degradación de la batería.
• Se han identificado vías de descomposición específicas para la CE y la CEM, influenciadas por la temperatura y los aditivos de electrolitos.
• Demostrado el dopaje de magnesio como una estrategia prometedora para mejorar la estabilidad del cátodo en baterías de iones de litio de alta energía.