Identificación de los Orígenes de Defectos Microestructurales como Grietas en Partículas de Cátodo NMC811 Ricas en Ni para Baterías de Iones de Litio

Resumen La próxima generación de baterías de iones de litio para automóviles puede emplear materiales NMC811; sin embargo, las partículas defectuosas son de gran interés debido a su relación con la pérdida de rendimiento. Aquí se demuestra que incluso antes de la operación, en promedio, un tercio de las partículas de NMC811 experimentan alguna forma de defecto, aumentando en severidad cerca de la interfaz del separador. Se determina que las partículas defectuosas pueden ser detectadas y cuantificadas utilizando imágenes de baja resolución, presentando una mejora significativa para las estadísticas de materiales. Los datos de fluorescencia y difracción revelan que la variación del contenido de Mn dentro de las partículas de NMC puede correlacionarse con el desorden cristalográfico, lo que indica que la movilidad y disolución de Mn puede ser un aspecto clave de la degradación durante el ciclo inicial. Sin embargo, esto no parece correlacionarse con la severidad de la fractura de partículas, que cuando se analiza a altas resoluciones espaciales, revela estructuras de fractura similares a las del NMC de menor contenido de Ni, sugiriendo que la desconexión y separación de partículas primarias vecinas pueden deberse a la expansión/contracción electroquímica, exacerbada por otros factores como la orientación de los granos que son inherentes a dichos materiales policristalinos. Estos hallazgos pueden guiar las direcciones de investigación hacia la mitigación de la degradación en cada escala de longitud respectiva: láminas de electrodo, partículas secundarias y primarias, y cristales individuales, lo que en última instancia conducirá a mayores rangos y longevidades en automóviles.