Resumen de La transformación espinela-ramsdelita: una nueva ruta de obtención de materiales para baterías recargables de litio

Flaviano García Alvarado, A. Kuhn, M. Martín Gil

• español

  Se han investigado las posibles transformaciones a alta temperatura de diversas espinelas del tipo LiTi2-xMxO4 con M = V, Cr, Fe y Co, habiendose determinado que es posible la obtencion de nuevas rasmdellitas LiTi2-xVxO4 y LiTi2-xCrxO4 con 0 . x . 1. La caracterizacion estructural mediante difraccion de rayos X y las medidas de susceptibilidad magnetica realizadas para el caso del cromo, en union de los datos aportados por el estudio electroquimico realizado, han permitido establecer que la sustitucion cationica lleva a compuestos del tipo Li(Ti3+)1-xMx(Ti4+)O4 con M = V3+ o Cr3+. El comportamiento electroquimico de LiTi2- xVxO4 permite proponer su posible uso como electrodo negativo en baterias de ion litio, ya que estos nuevos electrodos desarrollan capacidades de 160 mAh/g a un potencial medio de 1.5 V, valores que resultan similares a los del compuesto sin sustituir, la ramsdellita LiTi2O4 (166 mAh/g). Hay que destacar el comportamiento versatil de una nueva familia de ramsdellitas, LiTi2-xCrxO4. El estudio presentado sobre el miembro de esta familia con x = 1, la composicion que se ha considerado mas relevante, ha permitido proponer a este nuevo material como un buen candidato a electrodo negativo en baterias recargables de litio. Ademas de poder desarrollar en reduccion, una capacidad maxima de 157 mAh/g a un potencial medio de 1.5 V, el material puede desarrollar en oxidacion una capacidad de unos 90 mAh/g bajo una densidad de corriente de 0.1 mA/cm2 , por lo que podria actuar como el electrodo positivo, ya que en este caso el potencial medio de trabajo seria de 4 V.

• English

  Several spinel series with general formula LiTi2-xMx O4 , with M = V, Cr, Fe and Co, have been studied in view of a possible structural transition to a ramsdellite form at high temperatures. Starting from the spinel structure, new ramsdellite families are prepared in the case of M = V and Cr, leading to the new solid solutions LiTi2-xVx O4 and LiTi2-xCrx O4 with 0 ≤ x ≤ 1.

  Structural characterisation of the new oxides has been performed by means of X-ray powder diffraction. In addition, magnetic properties of chromium compounds have been determined. The results obtained from both magnetic measurements and electrochemical intercalation studies confirm that cationic substitution in ramsdellite LiTi2 O4 (e.g.

  formally as LiTi3+Ti4+O4 ), has an effect on the trivalent titanium cation, which is replaced by Cr3+ or V3+. The electrochemical behaviour of the series LiTi2-xVx O4 makes these oxides useful as negative electrode in rechargeable lithium ion batteries.

  Electrodes consisting of LiTi2-xVx O4 would develop at 1.5 volts reversible capacities of about 160 mAh/g, value which is close to that described for the parent LiTi2 O4 . We would like to remark the versatile behaviour of the new ramsdellite series LiTi2- x Crx O4 . A detailed study of the intercalation electrochemistry of the member with x = 1, e.g. LiTiCrO4 , shows that this new material may be useful as the negative electrode in rechargeable lithium ion batteries. A maximal theoretical capacity of 157 mAh/g is developed at an average potential of 1.5 Volts When an electrochemical oxidation under a density current of 0.1 mA/cm2 is performed on LiTiCrO4 , the compound develops a capacity of 90 mAh/g at an average potential of 4 Volts.

  Hence, this ramsdellite may also be useful for the positive electrode in lithium batteries.