Materiales compuestos basados en LiMn2O4 para cátodo y materiales compuestos de LiSn2(PO4)3 para electrolito sólido de baterías de litio

Resumen

Hemos estudiado materiales compuestos de electrolito sólido y de cátodo. Los materiales compuestos de electrolito sólido son sistemas binarios que están formados por un conductor iónico con estructura tipo Nasicon y composición LiSn2(PO4)3 y un polímero aislante (Teflón). Los materiales compuestos de cátodo son sistemas ternarios que están formados por el material activo de cátodo (LiMn2O4), un polímero (PVDF) y un conductor electrónico (NC). Los materiales compuestos formados por LiSn2(PO4)3 y Teflón muestran una microestructura en la que hay partículas individuales del conductor iónico rodeadas por el polímero (partículas aisladas), agregados de partículas de conductor iónico rodeadas por el polímero (agregados aislados) y agregados de partículas de conductor iónico que van desde un extremo del material compuesto hasta el otro extremo (agregados extendidos). Sólo estos últimos permiten la conducción de los iones Li+ según un modelo percolativo. El umbral de percolación (30% en volumen de LiSn2(PO4)3) es mayor que el esperado (17%) para una distribución al azar de las partículas. Esto se debe a que en el proceso de agregación de las partículas se forman agregados aislados antes de conectarse unos con otros para dar lugar a los agregados extendidos. Para explicar la dependencia de la conductividad iónica en función de la frecuencia se ha elaborado un modelo que tiene en cuenta la microestructura de los materiales compuestos. Este modelo nos ha permitido determinar la conductividad iónica intrínseca del LiSn2(PO4)3 y es aplicable a otros conductores iónicos difícilmente sinterizables. La conductividad dc del material compuesto está dominada por la conductividad de frontera de grano. Esta conductividad es muy inferior a la conductividad intrínseca del LiSn2(PO4)3, lo que nos ha impedido utilizar estos materiales compuestos como electrolitos sólidos en una batería de litio. Dependiendo del méto