La producción de baterías de ion litio puede ser más eficiente y rápida

Las baterías de iones de litio (LIB) son el tipo de batería más utilizado en electrónica de consumo y vehículos eléctricos. El óxido de litio y cobalto (LiCoO ~2~ ) es el compuesto utilizado para el cátodo en LIB para dispositivos electrónicos portátiles. Tradicionalmente, la síntesis de este compuesto requiere temperaturas superiores a 800°C y tarda de 10 a 20 horas en completarse.

Un equipo de investigadores de la Universidad de Hokkaido y la Universidad de Kobe, dirigido por el profesor Masaki Matsui de la Facultad de Ciencias de la Universidad de Hokkaido, ha desarrollado un nuevo método para sintetizar óxido de litio y cobalto a temperaturas tan bajas como 300 °C y duraciones tan cortas como 30 minutos. Sus hallazgos fueron publicados en la revista Inorganic Chemistry .

"El óxido de litio y cobalto normalmente se puede sintetizar de dos formas", explica Matsui. “Una forma es una estructura de sal de roca en capas, llamada fase de alta temperatura, y la otra forma es una estructura de espinela, llamada fase de baja temperatura. El LiCoO ~2~ en capas se utiliza en baterías de iones de litio”.

Utilizando hidróxido de cobalto e hidróxido de litio como materiales de partida, con hidróxido de sodio o potasio como aditivo, el equipo llevó a cabo una serie de experimentos de alta precisión en diferentes condiciones para sintetizar cristales de LiCoO~2 ~en capas. El proceso se denominó "proceso de hidroflujo". También pudieron determinar la vía de reacción que condujo a la formación de cristales en capas.

Cristalinidad

"Al comprender la vía de reacción, pudimos identificar los factores que promovieron el crecimiento de cristales de LiCoO ~2~ en capas ", dijo Matsui. "Específicamente, la presencia de moléculas de agua en los materiales de partida mejoró significativamente la cristalinidad del producto final".

Además, el equipo también midió las propiedades electroquímicas del LiCoO ~2~ en capas , mostrando que eran sólo marginalmente inferiores a las del LiCoO ~2~ disponible comercialmente sintetizado mediante el método tradicional de alta temperatura.

"Este trabajo es la primera demostración experimental de la estabilidad termoquímica del LiCoO ~2~ estratificado a bajas temperaturas bajo presión ambiente", concluye Matsui. “Nuestro desarrollo de este proceso de hidroflujo permitirá medidas de ahorro de energía en diversos procesos de producción cerámica. Nuestros próximos pasos inmediatos serán la mejora del proceso de hidroflujo basado en nuestra comprensión de la vía de reacción”.