The Wayback Machine - https://web.archive.org/web/20221025114616/https://baike.sogou.com/kexue/d10743.htm

钴酸锂

编辑

锂钴的氧化物，有时被称为钴酸锂[1]或者锂辉钴矿，其化学式为LiCoO2。钴以+3价的形式存在，因此它的IUPAC命名为lithium cobalt(III) oxide。

钴酸锂是一种深蓝色或蓝灰色的结晶固体，[2]通常用于锂离子电池的正极。

1 结构编辑

目前，科学家们已经采用很多方法来研究LiCoO2的结构， 如：X-射线衍射、电子显微镜、中子粉末衍射和X-射线吸收精细结构谱（EXAFS）[3]。

LiCoO2固体由+1价锂离子层(Li+)层组成，这些正离子层位于钴和氧原子的扩展阴离子片之间，排列成边缘共享的八面体，两个面平行于片平面。钴以+3价的形式(Co3+)存在，夹在两层氧(O2−)之间。

在每一层(钴、氧或锂)中，原子排列成规则的三角形晶格。晶格被偏移，使得锂原子离钴原子最远，并且该结构在垂直于每三层钴(或锂)的平面的方向上重复。因此，LiCoO2的空间组是赫尔曼-莫苷（Hermann-Mauguin）记号法中的   ，表示一个菱形单元，每个菱形单元有三重不适当的旋转对称和镜像平面。三重旋转轴(垂直于各层)被认为是不合适的，因为氧的三角形(在每个八面体的相对两侧)是反对齐的。

2 制备编辑

将碳酸锂（Li2CO3）和Co3O4或金属钴在600-800℃按照化学计量比混合并加热，然后在900℃的氧气氛下退火数小时，就可以制备完全还原的钴酸锂。[4][4][4]

纳米级和亚微米级LiCoO2合成路线示意图[4]

纳米级的钴酸锂粒子更适合用于锂离子电池正极中，可以通过在750–900℃下煅烧长约8微米、宽约0.4微米的棒状晶体β-CoC2O4·2H2O和氢氧化锂（LiOH）的混合物制备。

第三种方法是在水溶液中使用等摩尔量的乙酸锂、乙酸钴和柠檬酸。在80℃下加热将混合物变成粘性透明凝胶， 然后将干燥的凝胶研磨并逐渐加热至550℃。

3 在可充电电池中的应用编辑

1980年，牛津大学的John B. Goodenough研究组发现了钴酸锂作为嵌入式电极的用途。[5]

钴酸锂现在被用作一些可充电锂离子电池的正极，其颗粒大小从纳米到微米不等。[6][6]在充电过程中，部分钴被氧化为+4价，部分锂离子迁移到电解液中，产生一系列化合物LixCoO2（ 0 < x < 1） 。[6]

采用 LiCoO2 作为正极材料的电池具有非常稳定的容量，但是与镍-钴-铝(NCA)氧化物的正极材料相比，其容量和功率较低。对于 LiCoO2 正极来说，其热稳定性比其他富镍的化学物质要好，但不是很明显。这使得LiCoO2电池在高温操作(>130℃)或过充等情况下容易发生热失控。在较高的温度下，LiCoO2分解生成氧气，然后与电池中的有机电解质发生反应。这是一个安全问题，因为这种高度放热反应的规模很大，会蔓延到相邻的电池或点燃附近的可燃材料。[6]一般来说，这种情况在许多锂离子电池的正极材料很常见。

参考文献

  • [1]

    ^A. L. Emelina, M. A. Bykov, M. L. Kovba, B. M. Senyavin, E. V. Golubina (2011), "Thermochemical properties of lithium cobaltate". Russian Journal of Physical Chemistry, volume 85, issue 3, pages 357–363; doi:10.1134/S0036024411030071.

  • [2]

    ^LinYi Gelon New Battery Materials Co., Ltd, "Lithium Cobalt Oxide (LiCoO2) for lithium ion battery ". Catalog entry, accessed on 2018-04-10,.

  • [3]

    ^I. Nakai; K. Takahashi; Y. Shiraishi; T. Nakagome; F. Izumi; Y. Ishii; F. Nishikawa; T. Konishi (1997). "X-ray absorption fine structure and neutron diffraction analyses of de-intercalation behavior in the LiCoO2 and LiNiO2 systems". Journal of Power Sources. 68 (2): 536–539. doi:10.1016/S0378-7753(97)02598-6..

  • [4]

    ^Yang Shao-Horn; Laurence Croguennec; Claude Delmas; E. Chris Nelson; Michael A. O'Keefe (July 2003). "Atomic resolution of lithium ions in LiCoO2". Nature Materials. 2 (7): 464–467. doi:10.1038/nmat922. PMID 12806387..

  • [5]

    ^K. Mizushima, P. C. Jones, P. J. Wiseman, J. B. Goodenough (1980), "Lix{{chem/su表达式错误：无法识别的词语“coo”。m2|2|CoO}}2 (0<x<1): A New Cathode Material for Batteries of High Energy Density". Materials Research Bulletin, volume 15, pages 783–789. doi:10.1016/0025-5408(80)90012-4.

  • [6]

    ^Ondřej Jankovský, Jan Kovařík, Jindřich Leitner, Květoslav Růžička, David Sedmidubský (2016) "Thermodynamic properties of stoichiometric lithium cobaltite LiCoO2". Thermochimica Acta, volume 634, pages 26-30. doi:10.1016/j.tca.2016.04.018.

阅读 3800
版本记录

  • 暂无