Capa integrada en superficie basada en Ti y dopaje en masa para un voltaje estable y larga vida de cátodos en capas enriquecidos con Li

Resumen Los óxidos en capas enriquecidos con litio (LLOs) de alta densidad de energía tienen la mayor promesa para abordar la ansiedad por la autonomía de los vehículos eléctricos. Sin embargo, su aplicación ha sido impedida por el rápido decaimiento del voltaje y la pérdida de capacidad durante años, que principalmente origina de la migración irreversible de metales de transición y reacciones indeseables en la interfaz cátodo-electrolito. En este trabajo, se construye de manera sincrónica una capa integrada en superficie basada en Ti y dopaje en masa, que mejora enormemente la estabilidad de voltaje y capacidad de los LLOs. Más importante aún, los resultados de STEM y Raman demuestran que la capa integrada en superficie, continua y uniforme basada en Ti, es una estructura tipo espinela con grupo espacial Fd-3m, que se construye mediante la sustitución de varios iones de Li en varias capas atómicas superficiales por iones de Ti. Después de 500 ciclos, la muestra Ti-150 presenta una retención de capacidad del 85%, y su tasa de decaimiento del voltaje desde el ciclo 30 hasta el 500 es de solo aproximadamente 0.72 mV/ciclo. Los resultados espectrales y los cálculos DFT sugieren que el dopaje en masa con Ti mitiga la migración de iones de Mn y Ni en la masa, mientras que la capa integrada basada en Ti suprime significativamente la evolución de la estructura superficial y las reacciones interfaciales al obstaculizar la generación de vacantes de Li en la superficie durante la extracción de Li, así como prevenir el contacto directo entre el electrolito y los materiales activos.