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La estructura b\u00e1sica de las bater\u00edas de iones de litio comprende el electrodo positivo, el electrodo negativo, el electrolito, el separador y la carcasa. El material del electrodo positivo es el n\u00facleo de las bater\u00edas de iones de litio y determina su densidad energ\u00e9tica, voltaje, ciclo de vida y seguridad.<\/p>\n
Actualmente, si bien el \u00f3xido de litio y cobalto (LiCoO\u2082), el \u00f3xido de litio y manganeso (LiMn\u2082O\u2084), el fosfato de litio y hierro (LiFePO\u2084) y los materiales ternarios (Li-Ni-Co-Mn-O\u2084) son cuatro materiales comercializados para electrodos positivos de bater\u00edas de iones de litio, presentan ciertas deficiencias en cuanto a seguridad, rendimiento del ciclo, retenci\u00f3n de capacidad y otros aspectos. Para mejorar la estabilidad de los materiales de los electrodos positivos, los investigadores utilizan diferentes m\u00e9todos de modificaci\u00f3n, como el dopaje y el recubrimiento superficial, y dos m\u00e9todos comunes.<\/p>\n
\u00bfC\u00f3mo mejora la al\u00famina el rendimiento del electrodo positivo?<\/p>\n
El recubrimiento de al\u00famina sobre materiales de electrodos positivos puede mejorar eficazmente la estabilidad del ciclo, el ciclo de vida y la estabilidad t\u00e9rmica de dichos materiales. Los principales efectos del Al\u2082O\u2083 en los materiales de los electrodos positivos son:<\/p>\n
(1) Eliminaci\u00f3n de fluoruro de hidr\u00f3geno (HF)<\/p>\n
El LiPF\u2086 es un electrolito de uso com\u00fan en electrolitos. A alta tensi\u00f3n, el hexafluorofosfato de litio (LiPF\u2086) reacciona con trazas de agua para generar HF.<\/p>\n
(2) Barrera de protecci\u00f3n f\u00edsica<\/p>\n
Recubrir con una capa de Al\u2082O\u2083 la superficie del material del electrodo positivo puede aislarlo del electrolito e inhibir la aparici\u00f3n de reacciones secundarias perjudiciales entre este y el electrolito.<\/p>\n
(3) Mejora de la estabilidad t\u00e9rmica de los materiales de los electrodos positivos<\/p>\n
La estabilidad t\u00e9rmica es uno de los factores clave para evaluar el rendimiento de las bater\u00edas de iones de litio. Durante el proceso de carga y descarga de las bater\u00edas de litio, la liberaci\u00f3n de ox\u00edgeno reticular en el material del electrodo positivo provoca la oxidaci\u00f3n del electrolito, lo que reduce su estabilidad t\u00e9rmica.<\/p>\n
(4) Mejora de la velocidad de difusi\u00f3n de los iones de litio<\/p>\n
Aunque el \u00f3xido de aluminio no es un buen conductor de electrones e iones, puede reaccionar con el litio residual en la superficie del material del electrodo positivo durante el proceso de carga y descarga para generar LiAlO\u2082, que es un buen conductor de iones y puede aumentar la velocidad de difusi\u00f3n de los iones de litio. Esto se debe principalmente a que el LiAlO\u2082 reduce la barrera energ\u00e9tica de difusi\u00f3n de los iones de litio.<\/p>\n
(5) Reacci\u00f3n con LiPF\u2086 para generar el aditivo electrol\u00edtico LiPO\u2082F\u2086<\/p>\n
El \u00f3xido de aluminio que recubre la superficie del material del electrodo positivo puede reaccionar con la sal de litio (LiPF\u2086) del electrolito para generar difluorofosfato de litio (LiPO\u2082F\u2086), un aditivo electrol\u00edtico estable que puede mejorar significativamente la estabilidad del ciclo, la seguridad y el rendimiento del material del electrodo positivo.<\/p>\n
(6) Inhibici\u00f3n del efecto Jahn-Teller<\/p>\n
El efecto Jahn-Teller es la principal causa de la disoluci\u00f3n de iones de Mn en el material del electrodo positivo, lo que puede provocar el colapso de su estructura y dificultar la difusi\u00f3n de iones de litio, lo que reduce su rendimiento electroqu\u00edmico.<\/p>\n
Cinco tecnolog\u00edas principales de recubrimiento<\/p>\n
M\u00e9todo de impregnaci\u00f3n: A\u00f1adir el material del electrodo positivo a la soluci\u00f3n o sol que contiene el precursor de aluminio para formar una suspensi\u00f3n uniforme. Posteriormente, secar y calcinar para formar un material de electrodo positivo recubierto de al\u00famina.<\/p>\n
M\u00e9todo de precipitaci\u00f3n: Mezclar uniformemente el material del electrodo positivo con una soluci\u00f3n como nitrato de aluminio o cloruro de aluminio. Ajustar el pH de la soluci\u00f3n para formar una capa de recubrimiento sobre la superficie del material del electrodo positivo y, finalmente, generar un material de electrodo positivo recubierto de al\u00famina mediante filtraci\u00f3n, lavado, secado y tratamiento t\u00e9rmico.<\/p>\n
Proceso de recubrimiento en seco: La al\u00famina y los materiales del electrodo positivo se pueden mezclar directamente para formar una capa de recubrimiento rugosa sobre la superficie del material del electrodo positivo. Aunque no se puede lograr un recubrimiento uniforme sobre la superficie del material del electrodo positivo, este tiene un efecto positivo en la mejora del rendimiento electroqu\u00edmico de dicho material.<\/p>\n
M\u00e9todo de pulverizaci\u00f3n cat\u00f3dica: Este m\u00e9todo utiliza iones Ar+ para bombardear el material objetivo (Al), de modo que los \u00e1tomos de Al se pulverizan y se depositan sobre la superficie del material del electrodo positivo.<\/p>\n
Tecnolog\u00eda de deposici\u00f3n de capas at\u00f3micas (ALD): Utilizando trimetilaluminio y otros materiales como fuente de aluminio, se recubre la superficie del material del electrodo positivo con \u00f3xido de aluminio. El espesor se puede controlar con precisi\u00f3n, y el aumento del espesor del recubrimiento se logra incrementando el n\u00famero de ciclos de ALD.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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