Efecto De La Sustitución De Mn Por Ti En Espinelas De Alto Potencial Lini0.5mn1.5-xTixO4 Para Cátodos De Baterías De Ion Litio, Jonicer 2019, Rosario, Argentina

SOFÍA GÓMEZ,; MIGUEL A. SANSERVINO; MELINA COZZARÍN; JORGE E. THOMAS; VISINTIN A.

Rosario,

Congreso; Jonicer 2019; 2019

En la actualidad las baterías de ion-litio constituyen la fuente de energía habitual de los dispositivos electrónicos portátiles y vehículos híbridos eléctricos debido a su alta densidad de energía, larga vida útil y su peso ligero . En las baterías de ion-litio por lo general el cátodo está formado por óxidos mixtos de metales de transición (LiMO2 siendo M: Mn, Co, y/o Ni). Dentro de estos materiales las espinelas LiMn2O4 se destacan debido a su bajo costo, la abundancia de Mn en la naturaleza, baja toxicidad y densidad de energía relativamente alta (147 mAh/g) Si se sustituye parcialmente el manganeso en LiMn2O4 por níquel (LiNi0.5Mn1.5O4) se obtiene un material que también presenta una estructura de espinela con una mayor densidad de energía a altos potenciales de trabajo de aproximadamente 5 V. Esta espinela tiene dos estructuras: una ordenada (P4332) y otra desordenada (Fd-3m), esta última presenta mejores resultados electroquímicos debido a que una estructura desordenada puede aumentar el coeficiente de difusión del Li+ [5]. La obtención de una u otra estructura depende principalmente de la ruta de síntesis (procesamiento) y de la adición de cationes que sustituyan parcialmente al manganeso. Con el objetivo de mejorar el desempeño electroquímico del material LiNi0.5Mn1.5O4 se estudió el efecto de la sustitución parcial de Mn por Ti en distintas concentraciones, obteniéndose estequiometrias LiNi0.5Mn1.5-xTixO4, con x = 0,01; 0,1 y 0,5.Los materiales fueron sintetizados por reacción en estado sólido (sinterización). La caracterización estructural y microestructural se llevó a cabo mediante difracción de rayos X (DRX) y microscopía electrónica de barrido (SEM), respectivamente. Para la caracterización electroquímica se utilizaron celdas T con Li metálico como ánodo y electrodo de referencia; utilizando las espinelas como cátodos, se estudió el comportamiento bajo ciclado y voltamperometría cíclica. Se observó que la sustitución parcial de Mn por Ti en una proporción de x = 0,01 mejora la capacidad de descarga de la celda (Figura 1), y que a x ≥ 0,1 el comportamiento electroquímico se ve deteriorado. Esto podría relacionarse con cambios en la estructura cristalina de estas espinelas al incorporar altas concentraciones de titanio.