NANOPARTÍCULAS HUECAS DE LiMn2O4 PARA BATERÍAS DE IÓN DE LITIO

E. RADA; E. LIMA JR.; F. RUIZ; M.S. MORENO

Congreso; XXII Congreso Argentino de Fisicoquímica y Química Inorgánica (XXII CAFQI); 2021

IntroducciónEl LiMn2O4 es de gran interés como material activo para cátodos de baterías de ion de litio debido a su alta capacidad específica, baja toxicidad y abundancia de materia prima[1]. El uso del material masivo presenta problemas de pérdida de capacidad durante el ciclado debido a: 1) descomposición del material en la superficie del electrodo por disolución de Mn3+ en el electrolito; y 2) degradación estructural debida al cambio de volumen durante la intercalación-desintercalación de Li+1. Además, el material masivo exhibe un bajo coeficiente de difusión de Li+ (en el orden de 10-10-10-11 cm2s-1)[2] que limita a la superficie del electrodo el área disponible para el almacenamiento del Li+. Estos problemas pueden abordarse mediante el diseño de nanoestructuras que ofrezcan menores distancias para la difusión del Li+, la formación de una interfaz sólido-electrolito (SEI) más estable y mayor tolerancia a la tensión del cambio de volumen.Resultados y conclusionesEn este trabajo sintetizamos nanopartículas huecas porosas de LiMn2O4 por un método de descomposición térmica de precursores órgano-metálicos asistido por surfactantes seguido de tratamiento térmico en aire. Utilizamos Li(acac.) y Mn(acac.)2 como precursores y oleilamina como solvente y surfactante. Las muestras se caracterizaron por difracción de rayos X y de electrones. La morfología y la microestructura se estudiaron mediante microscopía electrónica de transmisión de alta resolución (HRTEM). Se evaluaron las propiedades electroquímicas del LiMn2O4 como material activo para cátodos mediante ciclado de carga y descarga, voltamperometría cíclica y espectroscopía de impedancia electroquímica.Obtuvimos nanopartículas huecas porosas con un tamaño promedio de 51 nm y espesor de pared promedio de 13 nm. Las nanopartículas exhiben planos (111) expuestos, lo cual es favorable para la formación de una SEI más estable que evite la degradación estructural del material [3]. La capacidad de descarga es estable evaluada en 140 ciclos con un porcentaje de retención de 85%. Se obtuvo un coeficiente de difusión de Li+ de 3.46 x 10-7 cm s-1 posibilitando una mayor velocidad de carga y descarga. Estas propiedades electroquímicas son atribuidas a las características intrínsecas de la nanoestructura porosa hueca.