Obtención y caracterización de Li(Ni1/3Co1/3Mn1/3)O2, material de cátodo en baterías de ion-litio

MARTINA GAMBA; MARIELA G. ORTIZ; GUSTAVO SUÁREZ; SILVIA REAL

Mar del Plata

Jornada; 3 ras JORNADAS NACIONALES DE INVESTIGACIÓN CERÁMICA; 2017

Argentina, junto con Bolivia y Chile conforman lo que se ha denominadoel ?Triángulo del litio?, concentrando entre los tres países el 55% de lasreservas mundiales de litio y cerca del 85% de los depósitos de salmueras. Ellitio es un elemento clave en los sistemas de almacenamiento de energíaactuales: las baterías de ion-litio están presentes en teléfonos celulares,computadoras laptop, cámaras fotográficas, etc. Además, esta tecnología estásiendo empleada en sistemas de transporte ?verdes? como los vehículoseléctricos (VE) y VE híbridos (VEH). Por otro lado, una sociedad basada enenergías alternativas deberá contar con fuentes de almacenamientodescentralizadas, con sistemas de movilidad pública y eléctrica, con redesinteligentes que calculen la energía que utiliza, almacena y produce un hogar,y para todo ello también servirán las baterías de ion-litio [1]. Un componente clave que limita el rendimiento de baterías es el materialactivo del cátodo, por lo que los estudios se centran en la mejora de suspropiedades [2]. Existe una diversidad de materiales que se utilizan comocátodos, y cada uno de ellos presenta ventajas y desventajas en cuanto a sucomportamiento electroquímico y estabilidad térmica y temporal. Además, existendiferentes vías de síntesis para la obtención de estos materiales; entre ellas lareacción en estado sólido presenta como característica sobresaliente laposibilidad de ser escalada a dimensiones industriales. Consecuentemente, losprocesos químicos estudiados a escala laboratorio representarían los procesos involucradosen una producción a gran escala de estos materiales. En este trabajo se estudia la obtención y caracterización del materialLi(Ni1/3Co1/3Mn1/3)O2 mediantereacción en estado sólido a partir de sus precursores. En una primera etapa, secaracterizan los reactivos de partida (Li2CO3, Co2O3,MnO2, NiO, todos grado estándar) mediante difracción de rayos X(DRX), análisis térmico diferencial (ATD), termogravimetría (Tg) y microscopía electrónica de barrido (MEB). En una segunda etapa,se genera una mezcla estequiométrica de los mismos que se muele a diferentestiempos (t = 0, 5, 60 y 270 min) en unmolino de bolas de acero inoxidable. El efecto de la molienda en la mezcla fueseguida mediante DRX y MEB. En una tercera y última etapa, los polvos obtenidosfueron sometidos a 800 °C mediante una rampa de temperatura de 5 °C/min, enatmósfera de aire, a diferentes intervalos de tiempo. Los materiales obtenidos fueroncaracterizados mediante (DRX), densidad, porosidad abierta por el método deArquímedes, porosimetría de mercurio, MEB, tamaño medio de grano y técnicaselectroquímicas como, voltamperometría cíclica y curvas de carga-descarga.A partir de las caracterizaciones se concluye que el material preparadocon 270 minutos de molienda y calcinado a 800 ºC por 12 h corresponde a Li(Ni1/3Co1/3Mn1/3)O2.Los estudios electroquímicos indicaron que el material presenta un buendesempeño como material activo de cátodo en baterías ion-litio. [1] B. Fornillo [et. al].Geopolítica del Litio. Industria, Ciencia y Energía en Argentina (2015) 1 ed. Editorial el Colectivo;CLACSO. Buenos Aires, Argentina.[2] C. M. Julien, A.Mauger, Review of 5-V electrodes for Li-ion batteries: Status and trends (2013)Ionics, 19 (7), 951-988.