Ajuste de la química interfásica con grupos de óxido de titanio para baterías de litio de alta densidad energética

Área de la Ciencia:

• Ciencias de los materiales
• La electroquímica
• Tecnología de baterías

Sus antecedentes:

• El agua residual en electrolitos genera fluoruro de hidrógeno (HF), causando corrosión de cátodo de alto níquel y disolución de iones.
• Esto degrada la estabilidad interfásica y acelera la descomposición del electrolito, lo que lleva a una rápida disminución de la capacidad en las baterías de metal de litio de alto voltaje (HVLMB).

Objetivo del estudio:

• Introducir agrupaciones de titanio-oxo modificadas por el diol de policaprolactona (TOC-PCL) como nuevo aditivo para electrolitos.
• Para mitigar la degradación inducida por las HF y mejorar la estabilidad de las interfasas electrodo-electrolito en las HVLMB.

Principales métodos:

• El TOC-PCL se sintetizó y se agregó a electrolitos a base de carbonato para cátodos de alto níquel y ánodos de metal de litio.
• El rendimiento electroquímico se evaluó utilizando celdas de moneda y celdas de bolsa con varias cargas de cátodo y espesores de metal de litio.
• Se analizaron in situ la formación interfásica y la estabilidad química.

Principales resultados:

• TOC-PCL elimina efectivamente las trazas de H2O y HF mediante hidrólisis, formando una interfase inorgánica protectora (TiO2, Li2TiF6, LiF).
• Las celdas de LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2 se han demostrado en más de 1000 ciclos con una retención de capacidad del 80,4% a 1 °C, incluso con una carga catódica alta (41 mg cm-2) y un contenido de níquel (96% en peso).
• Una célula de bolsa NCM811 de 1,6 Ah logró una densidad de energía de 401,6 Wh kg-1 en 150 ciclos, y una célula de bolsa de carbono de silicio de 3 Ah NCM811 alcanzó 500 ciclos a 0,5 C.

Conclusiones:

• TOC-PCL sirve como un aditivo multifuncional universal, mejorando significativamente la vida útil y la densidad de energía de los HVLMB.
• La formación in situ de una interfase estable y rica en compuestos inorgánicos es clave para suprimir la corrosión y mejorar el rendimiento de la batería.
• Los grupos de metal-oxígeno ofrecen estrategias prometedoras para el desarrollo de baterías de alta densidad energética y larga vida útil de la próxima generación.