stringtranslate.com

Оксид лития-кобальта

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 .

Состав

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]

Подготовка

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]

Синтез LCO
Маршрут синтеза LCO нанометрового и субмикронного размера [8]

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]

Использование в аккумуляторных батареях

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.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ 442704 - Оксид лития-кобальта (III) (14 сентября 2012 г.). «Страница продукта Sigma-Aldrich» . Sigmaaldrich.com . Проверено 21 января 2013 г.{{cite web}}: CS1 maint: числовые имена: список авторов ( ссылка )
  2. ^ А. Л. Емелина, М. А. Быков, М. Л. Ковба, Б. М. Сенявин, Е. В. Голубина (2011), «Термохимические свойства кобальтата лития». Российский физический химический журнал , том 85, выпуск 3, страницы 357–363; дои : 10.1134/S0036024411030071
  3. ^ abc Ондржей Янковский, Ян Коваржик, Йиндржих Лейтнер, Светослав Ружичка, Давид Седмидубский (2016) «Термодинамические свойства стехиометрического литий-кобальтита LiCoO2». Thermochimica Acta , том 634, страницы 26-30. дои : 10.1016/j.tca.2016.04.018
  4. ^ LinYi Gelon New Battery Materials Co., Ltd, «Оксид лития-кобальта (LiCoO2) для литий-ионных аккумуляторов». Запись в каталоге, доступ осуществлен 10 апреля 2018 г.,
  5. ^ И. Накаи; К. Такахаши; Ю. Сираиси; Т. Накагоме; Ф. Идзуми; Ю. Исии; Ф. Нисикава; Т. Кониши (1997). «Тонкая структура рентгеновского поглощения и нейтронографический анализ поведения деинтеркаляции в системах LiCoO2 и LiNiO2». Журнал источников энергии . 68 (2): 536–539. Бибкод : 1997JPS....68..536N. дои : 10.1016/S0378-7753(97)02598-6.
  6. ^ аб Шао-Хорн, Ян ; Крогенек, Лоуренс; Дельмас, Клод; Нельсон, Э. Крис; О'Киф, Майкл А. (июль 2003 г.). «Атомное разрешение ионов лития в LiCoO2». Природные материалы . 2 (7): 464–467. дои : 10.1038/nmat922. PMID  12806387. S2CID  34357573.
  7. ^ ab HJ Орман и П.Дж. Уайзман (январь 1984 г.). «Оксид лития кобальта(III), CoLiO
    2    : уточнение структуры методом порошковой нейтронной дифракции». Acta Crystallographica Раздел C. 40 ( 1): 12–14. doi : 10.1107/S0108270184002833.
  8. ^ Ци, Чжаосян; Кениг, Гэри М. (16 августа 2016 г.). «Высокоэффективные субмикрометровые материалы LiCoO2, полученные в результате масштабируемой обработки шаблонов микрочастиц». ХимияВыбрать . 1 (13): 3992–3999. дои : 10.1002/slct.201600872. ISSN  2365-6549.
  9. ^ Аб Ци, Чжаосян (август 2016 г.). «Высокоэффективные субмикрометровые материалы LiCoO2, полученные в результате масштабируемой обработки шаблонов микрочастиц». ХимияВыбрать . 1 (13): 3992–3999. дои : 10.1002/slct.201600872.
  10. ^ Аб Тан, В.; Лю, LL; Тиан, С.; Ли, Л.; Юэ, Ю.Б.; Ву, Ю.П.; Гуань, Ю.Ю.; Чжу, К. (01 ноября 2010 г.). «Нано-LiCoO2 как катодный материал большой емкости и высокой емкости для водных перезаряжаемых литиевых батарей». Электрохимические коммуникации . 12 (11): 1524–1526. doi : 10.1016/j.elecom.2010.08.024.
  11. ^ К. Мидзусима, ПК Джонс, П.Дж. Уайзман, Дж.Б. Гуденаф (1980), « Ли
    Икс    операционный директор
    2     (0 < x <1): новый катодный материал для батарей с высокой плотностью энергии». Бюллетень исследований материалов , том 15, страницы 783–789. doi : 10.1016/0025-5408 (80) 90012-4
  12. ^ Освальд, Стефан; Гастайгер, Хуберт А. (01 марта 2023 г.). «Предел структурной устойчивости слоистых оксидов переходных металлов лития вследствие выделения кислорода при высоком заряде и его зависимость от содержания никеля». Журнал Электрохимического общества . 170 (3): 030506. doi : 10.1149/1945-7111/acbf80 . ISSN  0013-4651. S2CID  258406065.
  13. ^ Даути, Дэниел; Песаран, Ахмад. «Руководство по дорожной карте безопасности автомобильных аккумуляторов» (PDF) . Национальная лаборатория возобновляемых источников энергии . Проверено 19 января 2013 г.
  14. ^ Аурбах, Д. (2 июня 2002 г.). «Краткий обзор механизмов разрушения металлических литиевых и литий-графитовых анодов в растворах жидких электролитов». Ионика твердого тела . 148 (3–4): 405–416. дои : 10.1016/S0167-2738(02)00080-2.
  15. ^ Салагре, Елена; Сеговия, Пилар; Гонсалес-Баррио, Мигель Анхель; Юговац, Маттео; Морас, Паоло; Пис, Игорь; Бондино, Федерика; Пирсон, Джастин; Ван, Ричмонд Шивэй; Такеучи, Ичиро; Фуллер, Эллиот Дж.; Талин, Алек А.; Маскарак, Арантсасу; Мишель, Энрике Г. (2 августа 2023 г.). «Физическое делитирование эпитаксиальных катодов аккумуляторов LiCoO 2 как платформа для исследования электронной структуры поверхности». Прикладные материалы и интерфейсы ACS . 15 (30): 36224–36232. дои : 10.1021/acsami.3c06147 . hdl : 10486/708446 . ISSN  1944-8244.

Внешние ссылки