Represión de la reacción entre un material de cátodo de alto Ni (NMC622) y Li₇La₃Zr₂O₁₂ para la fabricación de...

Área de la Ciencia:

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

Sus antecedentes:

• La co-sinterización de materiales de cátodo con Li7La3Zr2O12 (LLZ) es clave para las baterías de estado sólido de tipo a granel (ASSB).
• La prevención de las reacciones interfaciales entre LLZ y cátodos de alta capacidad como LiNi0.6Mn0.2Co0.2O2 (NMC622) es un desafío.
• Las reacciones no controladas conducen a fases de impureza, lo que dificulta el rendimiento de ASSB.

Objetivo del estudio:

• Para sintetizar un material de cátodo NMC622 modificado que suprima las reacciones interfaciales durante la co-sinterización con LLZ.
• Para controlar la formación de la fase de impureza ajustando el exceso de Li (x) y la temperatura de co-sinterización.
• Investigar los mecanismos de reacción y confirmar el rendimiento electroquímico de los ASSB resultantes.

Principales métodos:

• Síntesis de Li1+xNi0,6Mn0,2Co0,2O2 (x = 0,01-0,2) con un contenido de litio variable.
• Co-sinterización del cátodo modificado con el electrolito LLZ a temperaturas controladas (por ejemplo, 800 °C).
• Análisis utilizando la estructura fina de absorción de rayos X por aumento de temperatura (TR-XAFS) y la espectroscopia de pérdida de energía de transmisión de electrones por barrido (STEM-EELS).

Principales resultados:

• El exceso optimizado de Li (x=0,075) y la co-sinterización a 800 °C impidieron la formación de la fase de impurezas.
• La mezcla reducida de cationes en NMC622 y una capa de Li2CO3 autoformada suprimieron las reacciones interfaciales.
• Se ha fabricado y demostrado con éxito el funcionamiento repetitivo de ASSB de tipo a granel utilizando el sistema de Li1.075Ni0.6Mn0.2Co0.2O2/LLZ co-sinterizado.

Conclusiones:

• La composición modificada de NMC622 suprime efectivamente las reacciones perjudiciales durante la co-sinterización de LLZ.
• El control del exceso de litio y la temperatura de sinterización es crucial para las interfaces libres de impurezas.
• El método desarrollado ofrece una vía para la producción rentable de baterías de estado sólido de alta densidad energética.