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钴酸锂基本信息:
中文别名:钴酸锂;钴(III)酸锂,一般用于锂离子二次电池正极材料 ,液相合成工艺,它采用聚乙烯醇(PVA)或聚乙二醇(PEG)水溶液为溶剂,锂盐、钴盐分别溶解在PVA或PE溶液中,混合后的溶液经过加热,浓缩形成凝胶,生成的凝胶体再进行加热分解,然后在高温下煅烧,将烧成的粉体碾磨、过筛即得到钴酸锂粉。
钴酸锂的理化性质:
其外观呈灰黑色粉末。在酸性溶液中是强氧化剂,能将CI-氧化为Cl2,将Mn2+氧化为MnO4-。在酸性溶液中的氧化还原电位比高铁酸弱一些,但远高锰酸。
钴酸锂的生产方法:
钴酸锂的化学式为LiCoO2,可简称为LCO,用化学术语来说,其实就是锂和钴的复合氧化物,工业上一般是将钴的氧化物(主要是Co3O4)和碳酸锂高速分散后,采用两段式高温固相烧结得到:
四氧化三钴的熔点为895℃,碳酸锂熔点为723℃,所以工业上LCO的正式烧成温度一般在900℃以上(实际烧成工艺温度可高达1050℃),原料以熔融态进行反应,生长成5~20微米的单晶材料,涉及的化学反应如下:
原料三氧化四钴中1/3的钴是二价的Co2+,2/3的钴是三价的Co3+,而在终产物LCO中的钴全部是+3价的Co3+,所以整个LCO合成反应是耗氧的(将Co2+氧化为Co3+),通过简单的化学计量关系计算可以得知,每生产一吨的LCO,大约需要27公斤的氧气,同时排出225公斤的二氧化碳,反应前后固体物料的失重约为16.5%。因此在实际生产中,一般使用空气即可
钴酸锂作为锂电正极材料的作用机理:LCO作为锂离子电池正极的机理在于其是一种锂离子导体,即内部的锂离子可以在一定电化学条件下从材料内部出来(脱嵌),然后在另一电化学条件下嵌入回去,且具有良好的可逆性。
钴酸锂正极材料与锂离子电池的发展:
2019年诺贝尔化学奖授予了John B. Goodenough、M. Stanley Whittingham和Akira Yoshino三位对锂离子电池的发展做出了重要贡献的科学家. 钴酸锂等正极材料的发现助推了锂离子电池商业化的进程,对电池的性能起着决定性的作用.。
钴粉回收、钴粉是硬质合金的主要原料之一,国内外的需求量逐年增加。随着硬质合金工业的发展,硬质合金用钴粉有3种发展趋势:超细钴粉、纳米WC-Co 粉末、球形钴粉。这对原料钴粉的质量要求越来越严格,不仅对钴粉的化学成分提出了更高的要求,而且对钴粉的物理性能如粒度、粒度分布、晶体形貌等也提出了严格的要求。要求粒度越来越细(粒度一般小于1.5μm),形貌为球形或类球形,粒度分布为正态分布。硬质合金用钴粉要求具有高的纯度,这是因为,一方面,纯钴对碳化钨能够完全浸润,对碳化钨的把持力很高,从而提高硬质合金的强度。另一方面,当钴粉中存在其他杂质,例如铅、硅、钙硫时,在合金烧结过程中将会影响合金的显微结构和性能。硬质合金生产要经过混合、加压和烧结过程,这些过程会产生机械流动、塑性流动和热扩散现象。研究表明,因减少WC 的晶粒尺寸而使碳化硅相晶粒接触数,可以通过粒度分布均匀且呈球形的钴粉在机械混合和塑性流动中达到高度均匀分布来消除,从而制得具有较大硬度和韧性的合金
钴粉回收、钴粉被用在石油工业的加铅裂化上,主要用做石油脱氢硫的催化剂。如美国的汽油平均含硫量从0.03%降到0.003%,钴催化剂发挥了很大作用。
随着纳米科技的发展,发现纳米钴粉对聚碳硅烷热裂解过程具有催化作用,并可降低裂解温度。钴的加入促进了热裂解过程中β-SiC 微晶的生长。
钴氧化物纳米催化剂对N2O=N2+O2分解反应有良好的催化作用,其中以Co2O3催化效果佳。Co-Mo纳米晶和金粉具有较高的析氢催化活性,其析氢过电位低于用同种方法制备的Ni-Mo 纳米晶合金复合电极
锂电正极材料中,LCO具有真密度和压实密度,这使其在对电池体积有苛刻要求的电池领域的应用优势得天厚。另外,LCO也比现在盛行的三元材料具有更好的循环性能、低温性能、倍率性能等。
LCO材料的优势和劣势:所有锂电正极材料中,LCO具有真密度(5.1g/cm3)和压实密度(~4.3 g/cm3),这使其在对电池体积有苛刻要求的电池领域应用优势得天厚。另外,LCO比现有的三元材料具有更好的循环性能、低温性能、倍率性能等,至今在一些3C电池、低温高倍率电池用正极材料方面仍然是非钴莫属。