Оксид лития-кобальта , иногда называемый кобальтатом лития [2] или кобальтитом лития , [3] представляет собой химическое соединение с формулой LiCoO.
2. Атомы кобальта формально находятся в степени окисления +3, отсюда ИЮПАК называет оксид лития-кобальта (III) .
Оксид лития-кобальта представляет собой темно-синее или голубовато-серое кристаллическое твердое вещество [4] и обычно используется в положительных электродах литий -ионных батарей .
Строение LiCoO
2был изучен с помощью многочисленных методов, включая дифракцию рентгеновских лучей , электронную микроскопию , дифракцию нейтронов на порошке и EXAFS . [5]
Твердое тело состоит из слоев одновалентных катионов лития ( Li+
), которые лежат между протяженными анионными листами атомов кобальта и кислорода, расположенными в виде октаэдров с общими ребрами , с двумя гранями, параллельными плоскости листа. [6] Атомы кобальта формально находятся в трехвалентной степени окисления ( Co3+
) и зажаты между двумя слоями атомов кислорода ( O2-
).
В каждом слое (кобальта, кислорода или лития) атомы расположены в правильной треугольной решетке. Решетки смещены так, что атомы лития находятся дальше всего от атомов кобальта, а структура повторяется в направлении, перпендикулярном плоскостям, через каждые три слоя кобальта (или лития). Симметрия точечной группы представлена в обозначениях Германа-Могена , что означает элементарную ячейку с тройной несобственной вращательной симметрией и зеркальной плоскостью. Тройная ось вращения (которая нормальна к слоям) называется несобственной, потому что треугольники кислорода (находящиеся на противоположных сторонах каждого октаэдра) противонаправлены. [7]
Полностью восстановленный оксид лития-кобальта можно получить нагреванием стехиометрической смеси карбоната лития Li.
2СО
3и оксид кобальта(II,III) Co
3О
4или металлический кобальт при 600–800 °C, а затем многочасовой отжиг продукта при 900 °C в атмосфере кислорода. [6] [3] [7]
Частицы нанометрового размера, более подходящие для использования в качестве катода, также можно получить путем прокаливания гидрата оксалата кобальта β- CoC.
2О
4·2 часа
2O , в виде стержнеобразных кристаллов длиной около 8 мкм и шириной 0,4 мкм, с гидроксидом лития LiOH , до 750–900 °С. [9]
Третий метод использует ацетат лития , ацетат кобальта и лимонную кислоту в равных молярных количествах в водном растворе. Нагревание при 80°С превращает смесь в вязкий прозрачный гель. Затем высушенный гель измельчают и постепенно нагревают до 550°С. [10]
Полезность оксида лития-кобальта в качестве интеркаляционного электрода была открыта в 1980 году исследовательской группой Оксфордского университета под руководством Джона Б. Гуденаф и Коичи Мидзусима из Токийского университета . [11]
В настоящее время это соединение используется в качестве катода в некоторых перезаряжаемых литий-ионных батареях с размерами частиц от нанометров до микрометров . [10] [9] Во время зарядки кобальт частично окисляется до состояния +4, при этом некоторые ионы лития перемещаются в электролит, в результате чего образуется ряд соединений Li.
Иксоперационный директор
2при 0 < x < 1. [3]
Батареи, изготовленные с использованием LiCoO
2катоды имеют очень стабильную емкость, но имеют меньшую емкость и мощность, чем катоды с катодами на основе (особенно богатых никелем) оксидов никеля-кобальта-алюминия (NCA) или никель-кобальт-марганца (NCM). [12] Проблемы с термической стабильностью лучше для LiCoO .
2катоды, чем другие продукты с высоким содержанием никеля, хотя и незначительно. Это делает LiCoO
2Аккумуляторы подвержены тепловому выходу из-под контроля в случаях неправильного обращения, например, при работе при высоких температурах (>130 °C) или при перезарядке . При повышенных температурах LiCoO
2 при разложении выделяется кислород , который затем вступает в реакцию с органическим электролитом элемента. Эта реакция часто наблюдается в литий-ионных батареях , где батарея становится очень летучей и должна быть переработана в безопасное вещество. Разложение LiCoO 2 представляет собой проблему безопасности из-за масштаба этой сильно экзотермической реакции , которая может распространиться на соседние элементы или воспламенить близлежащий горючий материал. [13] В целом, это наблюдается для многих катодов литий-ионных аккумуляторов.
Процесс делитирования обычно осуществляется химическими средствами, [14] хотя был разработан новый физический процесс, основанный на циклах ионного распыления и отжига, [15] оставляющий свойства материала неизменными.
{{cite web}}
: CS1 maint: числовые имена: список авторов ( ссылка )