El óxido de litio y cobalto , a veces llamado cobaltato de litio [2] o cobaltita de litio , [3] es un compuesto químico con fórmula LiCoO
2. Los átomos de cobalto están formalmente en el estado de oxidación +3, de ahí el nombre IUPAC de óxido de litio y cobalto (III) .
Nombres | |
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Nombre IUPAC óxido de litio y cobalto (III) | |
Otros nombres cobaltito de litio | |
Identificadores | |
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Modelo 3D ( JSmol ) | |
ChemSpider | |
Tarjeta de información ECHA | 100.032.135 |
Número CE |
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PubChem CID | |
Tablero CompTox ( EPA ) | |
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Propiedades | |
LiCoO 2 | |
Masa molar | 97,87 g mol -1 |
Apariencia | sólido cristalino azul oscuro o gris azulado |
Peligros | |
Principales peligros | dañino |
Pictogramas GHS | |
Palabra de señal GHS | Peligro |
H317 , H350 , H360 | |
P201 , P202 , P261 , P272 , P280 , P281 , P302 + 352 , P308 + 313 , P321 , P333 + 313 , P363 , P405 , P501 | |
Salvo que se indique lo contrario, los datos se proporcionan para materiales en su estado estándar (a 25 ° C [77 ° F], 100 kPa). | |
verificar ( ¿qué es ?) | |
Referencias de Infobox | |
El óxido de litio y cobalto es un sólido cristalino de color azul oscuro o gris azulado, [4] y se usa comúnmente en los electrodos positivos de las baterías de iones de litio .
Estructura
La estructura de LiCoO
2se ha estudiado con numerosas técnicas que incluyen difracción de rayos X , microscopía electrónica , difracción de polvo de neutrones y EXAFS . [5]
El sólido consta de capas de cationes de litio monovalentes ( Li+
) que se encuentran entre láminas aniónicas extendidas de átomos de cobalto y oxígeno, dispuestas como octaedros que comparten bordes , con dos caras paralelas al plano de la lámina. [6] Los átomos de cobalto están formalmente en el estado de oxidación trivalente ( Co3+
) y están intercalados entre dos capas de átomos de oxígeno ( O2−
).
En cada capa (cobalto, oxígeno o litio), los átomos están dispuestos en una red triangular regular. Las redes están desplazadas para que los átomos de litio estén más lejos de los átomos de cobalto, y la estructura se repite en la dirección perpendicular a los planos cada tres capas de cobalto (o litio). La simetría del grupo de puntos esen notación de Hermann-Mauguin , que significa una celda unitaria con simetría rotacional impropia triple y un plano de espejo. El eje de rotación triple (que es normal a las capas) se denomina inadecuado porque los triángulos de oxígeno (que están en lados opuestos de cada octaedro) están anti-alineados. [7]
Preparación
Se puede preparar óxido de cobalto de litio completamente reducido calentando una mezcla estequiométrica de carbonato de litio Li
2CO
3y óxido de cobalto (II, III) Co
3O
4o cobalto metálico a 600–800 ° C, luego recociendo el producto a 900 ° C durante muchas horas, todo bajo una atmósfera de oxígeno. [6] [3] [7]
Las partículas de tamaño nanométrico más adecuadas para el uso de cátodos también se pueden obtener mediante la calcinación de oxalato de cobalto hidratado β- CoC
2O
4· 2 H
2O , en forma de cristales en forma de varilla de aproximadamente 8 μm de largo y 0,4 μm de ancho, con hidróxido de litio LiOH , hasta 750–900 ° C. [9]
Un tercer método utiliza acetato de litio , acetato de cobalto y ácido cítrico en cantidades molares iguales, en solución acuosa. Calentar a 80 ° C convierte la mezcla en un gel transparente viscoso. A continuación, el gel seco se muele y se calienta gradualmente a 550 ° C. [10]
Usar en baterías recargables
La utilidad de óxido de cobalto de litio como un electrodo de intercalación fue descubierto en 1980 por una Universidad de Oxford grupo de investigación dirigido por John B. Goodenough y la Universidad de Tokio 's Koichi Mizushima . [11]
El compuesto se usa ahora como cátodo en algunas baterías recargables de iones de litio , con tamaños de partículas que van desde nanómetros a micrómetros . [10] [9] Durante la carga, el cobalto se oxida parcialmente al estado +4, con algunos iones de litio moviéndose hacia el electrolito, lo que da como resultado una variedad de compuestos Li
XArrullo
2con 0 < x <1. [3]
Baterías producidas con LiCoO
2los cátodos tienen capacidades muy estables, pero tienen menores capacidades y potencia que aquellos con cátodos basados en óxidos de níquel-cobalto-aluminio (NCA). Los problemas con la estabilidad térmica son mejores para LiCoO
2cátodos que otras químicas ricas en níquel, aunque no significativamente. Esto hace que LiCoO
2baterías susceptibles a la fuga térmica en casos de abuso, como operación a alta temperatura (> 130 ° C) o sobrecarga . A temperaturas elevadas, LiCoO
2 la descomposición genera oxígeno , que luego reacciona con el electrolito orgánico de la celda. Este es un problema de seguridad debido a la magnitud de esta reacción altamente exotérmica , que puede extenderse a las celdas adyacentes o encender material combustible cercano. [12] En general, esto se observa en muchos cátodos de baterías de iones de litio.
Ver también
- Lista de tipos de baterías
- Óxido de cobalto de sodio
Referencias
- ↑ 442704 - Óxido de litio y cobalto (III) (14 de septiembre de 2012). "Página del producto Sigma-Aldrich" . Sigmaaldrich.com . Consultado el 21 de enero de 2013 .
- ^ AL Emelina, MA Bykov, ML Kovba, BM Senyavin, EV Golubina (2011), "Propiedades termoquímicas del cobaltato de litio". Russian Journal of Physical Chemistry , volumen 85, número 3, páginas 357–363; doi : 10.1134 / S0036024411030071
- ^ a b c Ondřej Jankovský, Jan Kovařík, Jindřich Leitner, Květoslav Růžička, David Sedmidubský (2016) "Propiedades termodinámicas de la cobaltita de litio estequiométrica LiCoO2". Thermochimica Acta , volumen 634, páginas 26-30. doi : 10.1016 / j.tca.2016.04.018
- ^ LinYi Gelon New Battery Materials Co., Ltd, "Óxido de cobalto de litio (LiCoO2) para batería de iones de litio" . Entrada de catálogo, consultado el 10 de abril de 2018,
- ^ I. Nakai; K. Takahashi; Y. Shiraishi; T. Nakagome; F. Izumi; Y. Ishii; F. Nishikawa; T. Konishi (1997). "Análisis de estructura fina de absorción de rayos X y difracción de neutrones del comportamiento de desintercalación en los sistemas LiCoO2 y LiNiO2". Revista de fuentes de energía . 68 (2): 536–539. doi : 10.1016 / S0378-7753 (97) 02598-6 .
- ^ a b Shao-Horn, Yang ; Croguennec, Laurence; Delmas, Claude; Nelson, E. Chris; O'Keefe, Michael A. (julio de 2003). "Resolución atómica de iones de litio en LiCoO2" . Nature Materials . 2 (7): 464-467. Doi : 10.1038 / nmat922 . PMID 12806387 .
- ^ a b HJ Orman y PJ Wiseman (enero de 1984). "Óxido de cobalto (III) litio, CoLiO
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- ^ a b Tang, W .; Liu, LL; Tian, S .; Pequeño.; Yue, YB; Wu, YP; Guan, SY; Zhu, K. (1 de noviembre de 2010). "Nano-LiCoO2 como material de cátodo de gran capacidad y alta capacidad para baterías de litio recargables acuosas". Comunicaciones electroquímicas . 12 (11): 1524-1526. doi : 10.1016 / j.elecom.2010.08.024 .
- ^ K. Mizushima, PC Jones, PJ Wiseman, JB Goodenough (1980), " Li
XArrullo
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enlaces externos
- Imágenes de la estructura del óxido de litio y cobalto a nivel atómico del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley