Литий-кобальтовый оксид - Lithium cobalt oxide

Литий-кобальтовый оксид[1]
Литий-оксид-кобальта-3D-шары.png
__ Ли+      __ Co3+      __ О2−
Литий-оксид-кобальта-3D-polyhedra.png
Имена
Название ИЮПАК
оксид лития-кобальта (III)
Другие имена
литий кобальтит
Идентификаторы
3D модель (JSmol )
ChemSpider
ECHA InfoCard100.032.135 Отредактируйте это в Викиданных
Номер ЕС
  • 235-362-0
Характеристики
LiCoO
2
Молярная масса97,87 г моль−1
Опасности
Главный опасностивредный
Пиктограммы GHSGHS07: ВредноGHS08: Опасность для здоровья
Сигнальное слово GHSОпасность
H317, H350, H360
P201, P202, P261, P272, P280, P281, P302 + 352, P308 + 313, P321, P333 + 313, P363, P405, P501
Если не указано иное, данные для материалов приводятся в их стандартное состояние (при 25 ° C [77 ° F], 100 кПа).
☒N проверять (что проверитьY☒N ?)
Ссылки на инфобоксы

Литий-кобальтовый оксидиногда называют кобальтат лития[2] или же литий кобальтит[3], это химическое соединение с формулой LiCoO
2. В кобальт атомы формально находятся в степени окисления +3, следовательно, ИЮПАК имя оксид лития-кобальта (III).

Оксид лития-кобальта представляет собой темно-синее или голубовато-серое кристаллическое твердое вещество,[4] и обычно используется в положительных электроды из литий-ионные батареи.

Структура

Структура LiCoO
2 был изучен с помощью множества методов, включая дифракция рентгеновских лучей, электронная микроскопия, нейтрон порошковая дифракция, и EXAFS.[5]

Твердое тело состоит из слоев одновалентных литий катионы (Ли+
), которые лежат между протяженными анионными слоями атомов кобальта и кислорода, расположенными как октаэдры, с двумя гранями, параллельными плоскости листа.[6] Атомы кобальта формально находятся в трехвалентной степени окисления (Co3+
) и зажаты между двумя слоями атомов кислорода (О2−
).

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, и структура повторяется в направлении, перпендикулярном плоскостям, через каждые три слоя кобальта (или лития). Симметрия точечной группы равна в Герман-Моген обозначение, обозначающее элементарную ячейку с тройной неправильная симметрия вращения и зеркальная плоскость. Тройная ось вращения (которая перпендикулярна слоям) называется неправильной, потому что треугольники кислорода (находящиеся на противоположных сторонах каждого октаэдра) противоположно выровнены.[7]

Подготовка

Полностью восстановленный оксид кобальта лития может быть получен путем нагревания стехиометрической смеси карбонат лития Ли
2CO
3 и оксид кобальта (II, III) Co
3О
4 или металлический кобальт при 600–800 ° C с последующим отжигом продукта при 900 ° C в течение многих часов в атмосфере кислорода.[6][3][7]

LCO синтез
Маршрут синтеза LCO нанометрового и субмикронного размеров[8]

Частицы нанометрового размера, более подходящие для катодного использования, также могут быть получены прокаливанием гидратированный оксалат кобальта β-CoC
2О
4·2ЧАС
2О, в виде стержневидных кристаллов длиной около 8 мкм и шириной 0,4 мкм, с гидроксид лития LiOH, до 750–900 ° С.[9]

Третий метод использует лития ацетат, ацетат кобальта, и лимонная кислота в равных молярных количествах в водном растворе. При нагревании до 80 ° C смесь превращается в вязкий прозрачный гель. Затем высушенный гель измельчают и постепенно нагревают до 550 ° C.[10]

Использование в аккумуляторных батареях

Полезность оксида лития-кобальта в качестве интеркаляционного электрода была обнаружена в 1980 г. Оксфордский университет исследовательская группа во главе с Джон Б. Гуденаф и Токийский университет с Коичи Мидзусима.[11]

Компаунд теперь используется в качестве катода в некоторых перезаряжаемых литий-ионные батареи, с размером частиц от нанометры к микрометры.[10][9] Во время зарядки кобальт частично окисляется до состояния +4, с некоторым литий ионы перемещаются к электролиту, в результате чего образуется ряд соединений Ли
ИксCoO
2 с 0 < Икс < 1.[3]

Батареи произведены с LiCoO
2 катоды имеют очень стабильную емкость, но имеют меньшую емкость и мощность, чем катоды на основе оксидов никель-кобальт-алюминия (NCA). Проблемы с термостойкость лучше для LiCoO
2 катоды, чем другие химические соединения с высоким содержанием никеля, хотя и незначительно. Это делает LiCoO
2 батареи восприимчивы к тепловой разгон в случаях неправильного обращения, например при работе при высоких температурах (> 130 ° C) или перезарядка. При повышенных температурах LiCoO
2 разложение генерирует кислород, который затем вступает в реакцию с органическим электролитом ячейки. Это проблема безопасности, поскольку экзотермическая реакция, которые могут распространиться на соседние клетки или воспламенить близлежащий горючий материал.[12] В общем, это наблюдается для многих катодов литий-ионных батарей.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ 442704 - Литий-кобальт (III) оксид (14.09.2012). "Страница продукта Sigma-Aldrich". Sigmaaldrich.com. Получено 2013-01-21.
  2. ^ Емелина А.Л., Быков М.А., Ковба М.Л., Сенявин Б.М., Голубина Е.В. (2011) «Термохимические свойства кобальтата лития». Российский журнал физической химии, том 85, выпуск 3, страницы 357–363; Дои:10.1134 / S0036024411030071
  3. ^ а б c Ондржей Янковский, Ян Коваржик, Йиндржих Лейтнер, Кветослав Ружичка, Давид Седмидубский (2016) «Термодинамические свойства стехиометрического кобальтита лития LiCoO2». Термохимика Акта, 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-ионного аккумулятора». Запись в каталоге, дата обращения 10.04.2018,
  5. ^ И. Накаи; К. Такахаши; Ю. Сираиси; Т. Накагоме; Ф. Идзуми; Ю. Исии; Ф. Нисикава; Т. Кониши (1997). "Тонкая структура поглощения рентгеновских лучей и нейтронографический анализ деинтеркаляционного поведения в системах LiCoO2 и LiNiO2". Журнал источников энергии. 68 (2): 536–539. Дои:10.1016 / S0378-7753 (97) 02598-6.
  6. ^ а б Ян Шао-Хорн; Лоуренс Крогеннек; Клод Дельмас; Э. Крис Нельсон; Майкл А. О'Киф (июль 2003 г.). «Атомное разрешение ионов лития в LiCoO
    2    "    . Материалы Природы. 2 (7): 464–467. Дои:10.1038 / nmat922. PMID  12806387.
  7. ^ а б Х. Дж. Орман и П. Дж. Уайзман (январь 1984 г.). «Кобальт (III) оксид лития, CoLiO
    2    : уточнение структуры методом порошковой нейтронографии ». Acta Crystallographica Раздел C. 40 (1): 12–14. Дои:10.1107 / S0108270184002833.
  8. ^ Ци, Чжаосян; Кениг, Гэри М. (2016-08-16). «Высокоэффективные субмикрометрические материалы LiCoO2 от масштабируемой обработки шаблона микрочастиц». ХимияВыбрать. 1 (13): 3992–3999. Дои:10.1002 / slct.201600872. ISSN  2365-6549.
  9. ^ а б Ци, Чжаосян (август 2016 г.). «Высокоэффективные субмикрометрические материалы LiCoO2 от масштабируемой обработки шаблона микрочастиц». ХимияВыбрать. 1 (13): 3992–3999. Дои:10.1002 / slct.201600872.
  10. ^ а б Tang, W .; Liu, L. L .; Tian, ​​S .; Li, L .; Юэ, Ю. Б .; Wu, Y. P .; Guan, S. Y .; Чжу, К. (01.11.2010). «Nano-LiCoO2 в качестве катодного материала большой емкости и высокой производительности для водных перезаряжаемых литиевых батарей». Электрохимические коммуникации. 12 (11): 1524–1526. Дои:10.1016 / j.elecom.2010.08.024.
  11. ^ К. Мидзусима, П. К. Джонс, П. Дж. Уайзман, Дж. Б. Гуденаф (1980) "Ли
    Икс    CoO
    2     (0<Икс<1): Новый катодный материал для аккумуляторов с высокой плотностью энергии ». Бюллетень материаловедения, том 15, страницы 783–789. Дои:10.1016/0025-5408(80)90012-4
  12. ^ Даути, Дэниел; Песаран, Ахмад. «Дорожная карта безопасности автомобильных аккумуляторов» (PDF). Национальная лаборатория возобновляемых источников энергии. Получено 19 января 2013.

внешняя ссылка