Titanato de litio (Li4Ti5O12) como material de ánodo para baterías de ion-litio: diferentes métodos de síntesis y caracterización electroquímica

SUSANA CHAUQUE; DANIEL BARRACO DIAZ; E. P. M. LEIVA; FABIANA Y. OLIVA Y OSVALDO R. CÁMARA

Buenos Aires

Congreso; XIX Congreso Argentino de Fisicoquímica y Química Inorgánica; 2015

El compuesto titanato de litio, Li4Ti5O12, es considerado como uno de los candidatos a ser utilizado como material activo de ánodo en baterías de ión-litio, teniendo en cuenta ventajas esperadas en aspectos de seguridad, estabilidad estructural, tiempo de vida útil y alta capacidad de ciclado. En este trabajo se presentan resultados experimentales obtenidos con Li4Ti5O12 preparado por diferentes métodos de síntesis y tipos de pos-tratamiento. Se sintetizaron muestras por método cerámico (vía seca a alta temperatura) y tipo sol-gel, y se pos-trataron con molido convencional (en mortero de ágata) o de alta energía (molino de bolas) durante distintos tiempos. Se prepararon además muestras con adición de partículas de grafito oxidado a fin de investigar las propiedades del compuesto híbrido. Se llevaron a cabo estudios de tipo estructural (DRX, Raman), de morfología y tamaño de partícula (SEM) y de almacenamiento de carga y electroquímico (carga/descarga galvanostática, voltamperometría cíclica, espectroscopia de impedancia electroquímica y rate capability). El electrodo de trabajo para los estudios electroquímicos se preparó mezclando titanato de litio con carbono (Súper P) y aglutinante (PVDF) en relación 80:10:10 p/p en solvente NMP, y depositado sobre lámina de cobre. La solución de trabajo fue 1 M de LiPF6 en etilencarbonato-dimetilcarbonato (EC-DMC 1:1). Como contraelectrodo y electrodo de referencia se utilizaron láminas de litio metálico. Los resultados experimentales obtenidos permiten observar que el titanato de litio muestra un comportamiento de carga/descarga a potencial constante (alrededor de 1,55 V vs Li+/Li0) para todos los casos, pero su capacidad de almacenamiento específico depende del método de síntesis y tipo de molido posterior. El molido de alta energía con tiempos cortos mejora la capacidad pero a tiempos prolongados provoca una marcada disminución. El método de sol-gel produce una mayor capacidad, pero la adición del particulado de grafito oxidado mejora aún más este aspecto. En todas las muestras el ciclado prolongado no mostró modificaciones en el potencial del plateau, con excelente reversibilidad, aunque se observó una paulatina disminución de la capacidad en todos los casos. Las muestras obtenidas por sol-gel mostraron la menor disminución de carga durante el ciclado y la mejor respuesta de rate capability, con un plateau de potencial constante y escasa pérdida de capacidad. El agregado de grafito oxidado en muestras de método cerámico y molidas con alta energía y tiempos prolongados mantiene la capacidad durante la rate capability pero muestra una moderada irreversibilidad en el plateau de potencial de descarga. Se concluye que el tamaño de partícula en este material juega un rol importante en determinar la capacidad efectiva, pero una reducción de tamaño por alta energía y prolongada puede afectar el estado de cristalinidad de las partículas y conducir a una merma en su capacidad. El método de síntesis en fase húmeda aparentemente produce un material más homogéneo y con mejor respuesta, y el agregado de partículas de grafito puede mejorar la conectividad eléctrica inter-partícula, permitiendo un mejor aprovechamiento para el almacenamiento de carga.