Caracterización estructural y electroquímica de ortosilicatos de hierro y litio dopados con magnesio y níquel

Se sintetizaron una serie de muestras de compositos con carbono de ortosilicatos de hierro y litio, dopado con Mg2+ y/o Ni2+. Tienen composición nominal Li2FeSiO4/C, Li2Fe0.98Mg0.02SiO4/C, Li2Fe0.98Ni0.02SiO4/C y Li2Fe0.98Ni0.01Mg0.01SiO4/C. Son nanopartículas recubiertas con una delgada capa de carbono formada por la carbonización del ácido cítrico. Estos materiales se proponen como cátodos en baterías de litio recargables. En la síntesis se usó una reacción en estado sólido asistida por molienda mecánica. Las muestras se caracterizaron estructuralmente, se estudió la morfología, tamaño de partículas y la superficie de las partículas. El rendimiento electroquímico se evaluó mediante espectroscopía de impedancia electroquímica, Voltamperometría cíclica y pruebas de carga/descarga de la batería. Un refinamiento de Rietveld confirmó que el material Li2FeSiO4 sin dopar, y dopado con magnesio y/o níquel tiene una estructura monoclínica P21/n y que se producen algunas impurezas las cuales pueden estar afectando su desempeño electroquímico. Se obtuvo capacidades de descarga inicial moderadas a una tasa de C/10, en el siguiente orden Li2Fe0.098Mg 0.01Ni0.01SiO4/C (36 mAh·g-1) < Li2Fe0.98Mg0.02SiO4/C (45 mAh·g-1) < Li2FeSiO4/C (96 mAh·g-1) < Li2Fe0.98Ni0.02SiO4/C (105 mAh·g-1) debido a la formación de impurezas, la gran aglomeración de las partículas y la oxidación de la superficie de las partículas por exposición al aire. El dopado del composito Li2FeSiO4/C con níquel mostró un efecto positivo en el rendimiento electroquímico del material del cátodo, lo cual mejoró la conductividad electrónica del ion Li+