Origen de la estabilidad excepcional en los materiales de electrolito sólido de litio: perspectivas de análisis termodinámicos basados en cálculos de primeros principios

Se realizaron cálculos de primeros principios para investigar la estabilidad electroquímica de los materiales de electrolito sólido de litio en baterías Li-ion de estado sólido. Se encontró que los electrolitos sólidos comunes tienen una ventana electroquímica limitada. Nuestros resultados sugieren que la excepcional estabilidad de los materiales de electrolito sólido no es intrínsecamente termodinámica, sino que se origina de estabilizaciones cinéticas. La cinética lenta de las reacciones de descomposición causa un alto sobrepotencial que lleva a una ventana electroquímica nominalmente amplia observada en muchos experimentos. Los productos de descomposición, similares a las interfaces electrolito sólido, mitigan el potencial químico extremo de los electrodos y protegen al electrolito sólido de posteriores descomposiciones. Con la ayuda de los cálculos de primeros principios, revelamos el mecanismo de pasivación de estas interfaces de descomposición y cuantificamos las extensiones de la ventana electroquímica desde las interfaces. También encontramos que las capas de recubrimiento artificial aplicadas en las interfaces de electrolito sólido y electrodos tienen un efecto similar de pasivación del electrolito sólido. Nuestro entendimiento recién adquirido proporcionó principios generales para el desarrollo de materiales de electrolito sólido con mayor estabilidad y para la ingeniería de interfaces en baterías Li-ion de estado sólido.