Evaluation of the effect of the synthesis method on the performance of manganese spinel as cathode material in lithium-ion batteries

Abstract

Los óxidos de manganeso con estructura tipo espinela (LiMn 2 O 4) han sido utilizados con éxito como materiales de cátodo para las baterías de ion-litio. Para mejorar la capacidad e incrementar el potencial de descarga de la batería, comúnmente se han adicionado metales de transición a la espinela, como dopantes o sustituyentes del manganeso. Esto puede conferirle también estabilidad a la estructura del material de cátodo. En este trabajo se evaluó la obtención y el desempeño de las espinelas de LiMn 2 O 4 (LMO) y LiNi 0.5 Mn 1.5 O 4 (LNMO) obtenidas por procesos de síntesis en estado sólido y sol-gel se estudiaron. Los materiales sinterizados de (LMO) y (LMNO) se caracterizaron por espectroscopia Raman y difracción de rayos X (DRX) para evidenciar la formación de la estructura tipo espinela. Fue corroborado que mediante ambos métodos de síntesis se puede producir una estructura de espinela adecuada. El análisis SEM mostró en general que la espinela adquiere una forma octahedral. El tamaño de partícula cambia de acuerdo al método de síntesis empleado, obteniendo un menor tamaño de partícula en la síntesis por sol-gel. La caracterización electroquímica demuestra que la síntesis por estado sólido genera componentes con mayor pureza y cristalinidad, los cuales generan una mayor capacidad de intercalación de iones litio. La adición de níquel a la espinela incrementa el potencial de descarga del cátodo en 0.5V.

Keywords

• batería ion
• litio
• espinela de manganeso
• síntesis en estado sólido
• sol
• gel
• sustitución elemental