Estudio del efecto de dopar a la espinela LiMn2O4 con Nd y Ce para usarlo como cátodo en baterías de ion de litio.

Abstract

In this thesis work the effect of doping LiMn2O4 spinel with Nd and Ce ions to enhance its electrochemical properties when used of in Ion-lithium batteries is reported.The pure spinel phase LiMn1.99M0.01O4, with (M = Nd, Ce), was synthesized by the route of chemical solution, and evaluated as a cathode material inside a HS Test Cell. The lithium is used as anode, and as electrolyte 1M of litio- hexaflurophosphate (LiPF6) diluted in dimethyl carbonate (DMC) and ethylene carbonate (EC) in a weight ratio of (1:1). The phase of the spinel structure in its pure form was characterized by the techniques of x-rays diffraction (XRD), and sweeping electronic microscopy of (SEM), with which the good morphology and crystallization this phase was corroborated. The presence of both peaks (oxidation-reduction) in the voltammogran cycle reveals the extraction of Li+ and its incorporation in the spinel structure. The characteristics of a good development of the charge-discharge were carried out in the range of 3.0 to 4.8 volts. With the initial load for the case of LiMn1.99Nd0.01O4 was around 116.4 mAh/g and after 25 cycles the material had a retention of 88.43% of the initial capacity on the other hand for LiMn1.99Ce0.01O4 it was around de146 mAh/g but after 25 cycles the material had a retention of hardly 54.6% of the initial capacity.

En este trabajo de tesis se reporta el efecto de dopar a la espinela LiMn2O4 con Nd y Ce para así mejorar sus propiedades electroquímicas al utilizarlas como materiales catódicos de baterías de litio. La fase pura (espinela) en forma de polvo LiMn1.99M0.01O4 con (M = Nd, Ce) fue sintetizada por la ruta de solución química. El material producido fue caracterizado dentro de una celda (HS Test Cell) como un probable material catódico. En esta celda se utilizó como ánodo litio y como electrolito 1M de Litio- hexaflurofosfato (LiPF6) diluido en ”Dimethyl Carbonate” (DMC) y “Ethylene carbonate” (EC) en una proporción de (1:1). La fase de la estructura espinela pura fue caracterizado por las técnicas de difracción de rayos x (XRD), microscopia electrónica de barrido (SEM), con lo cual se comprobó la buena morfología y cristalización de dicha fase. La presencia de ambos picos (oxidación-reducción) en el “voltamograma-ciclico”, revelo la extracción del Li+ y inserción en la estructura de la espinela. Las características de un buen desarrollo de la carga-descarga se realizaron en el rango entre 3.0 a 4.8 voltios. La carga inicial para el caso de LiMn1.99Nd0.01O4 fue alrededor de 116.4 mAh/g. Luego de 25 ciclos el material tubo una retención 88.43% de la capacidad inicial En cambio en el LiMn1.99Ce0.01O4 fue alrededor de146 mAh/g pero al cabo de 25 ciclos el material tubo una retención de apenas 54.6% de la capacidad inicial.