Síntesis y caracterización de óxidos laminares enriquecidos en litio con potencial aplicación como cátodos en baterías de ion litio

Abstract

RESUMEN: En los últimos años ha surgido un interés por el estudio de cátodos basados en óxidos laminares para su aplicación en baterías de ion litio, estos estudios se han motivado por la capacidad teórica que presentan este tipo de estructuras. En este trabajo se proponen emplear bismutatos y cupratos de litio sintetizados por la técnica de estado sólido, estos óxidos laminares presentan una capacidad teórica hasta de 510 mAh/g para bismutato de litio y 490 mAh/g correspondiente al cuprato de litio. Los bismutatos de litio presentaron una baja capacidad específica, obteniendo un máximo de 44 mAh/g, a una tasa de descarga de C/10). Estaba baja capacidad se atribuye a 2 posibles factores:1) Evolución de oxígeno (formación de especies no deseadas en la estructura) y 2) La formación de carbonato de litio superficial, a consecuencia de la adsorción de CO2, propiciando la degradación del material inicial. En consecuencia, a estos factores, se requiere emplear condiciones de ensamble determinadas, para la aplicación satisfactoria de los bismutatos de litio. Debido a los resultados obtenidos en la caracterización de bismutatos de litio. Se propuso emplear el cuprato de litio, efectuando una impregnado con titanio, en distintas composiciones nominales en peso. Esto con el fin de reducir la evolución de oxígeno presente en este material y estabilizar la estructura de este óxido laminar. Se obtuvo una capacidad específica de 75 mAh/g durante el primer ciclo de carga-descarga, empleando cuprato impregnado de titanio al 10 % en peso de composición nominal, estabilizándose en 40 mAh/g durante 9 ciclos, a una tasa de descarga de 1C. Estos resultados sientan precedentes para una futura aplicación en otros sistemas basados en óxidos laminares. ABSTRACT: n recent years there has been an interest in the study of cathodes based on laminar oxides for their application in ion lithium batteries, these studies have been motivated by the theoretical capacity presented by this kind of structure. In this work, it is proposed to use lithium bismuth oxide and lithium copper oxide synthesized by solid state reaction, these laminar oxides have a theoretical capacity of 510 mAh/g for lithium bismuth oxide and 490 mAh/g corresponding to lithium copper oxide. The lithium bismutates showed a low specific capacity, obtaining a maximum of 44 mAh/g, in a discharge rate of C/10). Low capacity was attributed to 2 possible factors: 1) Oxygen evolution(formation of unwanted species in the structure) and 2) the superficial lithium carbonate formation, as a consequence of the CO2 adsorption, leading to the degradation of the initial material. Consequently, is required to use a certain assembly conditions, for the satisfactory application of lithium bismuth oxide. Due to the results obtained in the characterization of lithium bismuth oxide. It was proposed to use the lithium copper oxide, making an impregnation using titanium, in different nominal weight compositions. In order to reduce the oxygen evolution present in this material and stabilize the laminar oxide structure. A specific capacity of 75 mAh/g was obtained during the first charge-discharge cycle, using titanium impregnated lithium copper oxide at 10% w of nominal composition, stabilizing at 40 mAh/g for 9 cycles, in a discharge rate of 1C. These results set a precedent for future application in other systems based on laminar oxides.