Batería de óxido de cobalto de litio (LCO) - Fabricante de LiCoO2

1) Descripción general de las baterías de óxido de cobalto de litio

La batería de litio y ácido cobalto tiene una plataforma de alta descarga, alta capacidad específica, rendimiento estable del producto y buen rendimiento del ciclo, pero su rendimiento de seguridad es deficiente. El costo es muy alto, se usa principalmente para baterías de tipo mediano y pequeño, que se usa ampliamente en teléfonos móviles, computadoras portátiles, cámaras, cámaras, autos eléctricos, almacenamiento de energía solar, suministro de energía UPS, equipos médicos, espacio y otros campos. . La tensión nominal es de 3,7 V.

El óxido de litio y cobalto, LiCoO2 (LCO), es un compuesto inorgánico comúnmente utilizado como material de ánodo para baterías de iones de litio.

LiCoO2 básicamente utiliza un proceso de síntesis en fase líquida de material de cátodo de batería secundaria de iones de litio con estructura en capas en la batería de iones de litio comercial actual (litio y ácido de cobalto). Adopta una solución acuosa de alcohol polivinílico (PVA) o polietilenglicol (PEG) como disolvente. La sal de litio y cobalto se disuelve en una solución de PVA o PEG, mezclando la solución después de calentarla y luego se concentra en la formación de gel. Después de calentar y descomponer, calcine la formación de gel a alta temperatura, sinterice, muela y tamice, luego puede obtener el polvo de litio y ácido de cobalto.

1.Cómo funciona la batería de óxido de cobalto de litio

La batería de óxido de cobalto de litio se basa principalmente en la intercalación y desintercalación de iones de litio entre el ánodo y el cátodo para realizar el almacenamiento y la liberación de energía.

Durante la carga, en el campo eléctrico externo, los elementos de litio en las moléculas de LiCoO2 del material del ánodo se convierten en iones de litio con carga positiva, que se mueve del ánodo al cátodo. Después de la reacción química con los átomos de carbono del cátodo, se forma LiC6, que se incrusta de manera estable en el cátodo de grafito en capas.

Celda de batería LiFePO4 de baja temperatura de 3,2 V y 20 A -40 ℃ Capacidad de descarga de 3C≥70 % Temperatura de carga: -20~45 ℃ Temperatura de descarga: -40~+55 ℃ Prueba de acupuntura aprobada -40 ℃ Tasa máxima de descarga: 3C

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Al descargar, por el contrario, en el campo eléctrico interno gira, Li + se separa del cátodo, sigue la dirección del campo eléctrico, regresa al ánodo y luego se convierte en LiCoO2. Este proceso se denomina "batería de mecedora". Cuantos más iones de litio estén involucrados en las actividades de incrustación y desintegración de ida y vuelta, más energía puede almacenar la batería.

Cómo funciona la batería de óxido de cobalto de litio

2.Reacciones de la batería de óxido de cobalto de litio

¿Qué pasa cuando lo cargas?

Ánodo: LiCoO2 = Li1-xCoO2 + xLi ++ xe-

Cátodo: 6C + xLi ++ xe- = LixC6

¿Qué pasa cuando te dan de alta?

Ánodo: Li1-xCoO2 + xLi ＋+ xe－ = LiCoO2

Cátodo: LixC6 = 6C + xLi ++ xe-

3.Electrolito de batería de óxido de cobalto de litio

Composición del electrolito de batería de óxido de cobalto de litio

Disolvente: carbonato cíclico (PC, EC); Carbonatos de cadena (DEC, DMC, EMC); Ésteres carboxílicos (MF, MA, EA, MA, MP, etc.); (para disolver sales de litio) ；

Sales de litio: LiPF6, LiClO4, LiBF4, LiAsF6, etc.

Aditivos: aditivos filmógenos, aditivos conductores, aditivos retardadores de llama, aditivos de protección contra sobrecargas, aditivos para controlar H2O y HF en electrolitos, aditivos para mejorar el rendimiento a bajas temperaturas, aditivos multifuncionales.

Requisitos del electrolito de batería de óxido de cobalto de litio

La conductividad iónica alta es generalmente 1x10-3 ~ 2x10-2 S / cm;

Alta estabilidad térmica y química: sin separación en un amplio rango de voltaje;

Una amplia ventana electroquímica mantiene estables las propiedades electroquímicas en un amplio rango de voltaje.

Buena compatibilidad con otras partes de la batería, como material de electrodo, colector de electrodo y separador;

Es seguro, no tóxico y no contamina.

2) Ventajas y desventajas de las baterías de óxido de cobalto de litio

Entre todos los materiales de ánodo de la batería de litio, LCO tiene la mayor densidad de grifo (2,8 g / cm3) y densidad de compactación (4,3 g / cm3), lo que hace que tenga ventajas en la aplicación del campo de la batería con estrictos requisitos de volumen de batería. Además, el LCO tiene un mejor rendimiento cíclico, rendimiento a baja temperatura y capacidad de velocidad que los materiales ternarios existentes. Hasta ahora, sigue siendo el material sin cobalto el que se utiliza como material de ánodo en algunas baterías 3C, baterías de baja temperatura y alta velocidad.

Batería de polímero resistente para portátiles de alta densidad de energía y baja temperatura Especificación de la batería: 11,1 V 7800 mAh -40 ℃ Capacidad de descarga de 0,2 C ≥80 % A prueba de polvo, resistencia a caídas, anticorrosión, antiinterferencias electromagnéticas

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LCO también tiene sus propias deficiencias, la primera de las cuales es el recurso. Los recursos totales de cobalto en el mundo no superan los 7,1 millones de toneladas (USGS / 2016) con una producción anual de no más de 120.000 toneladas y una relación reservas / producción de 57 años. Puede haber un futuro brillante en los primeros días del ion de litio 3C, pero el aumento de la energía y el almacenamiento significa que el cobalto pronto se quedará atrás.

El segundo problema es la seguridad. El rendimiento de seguridad de las baterías LCO de gran capacidad no es optimista, especialmente en condiciones de extrusión de carga completa, sobrecalentamiento o sobrecarga. Las baterías LCO tenderán a explotar en estas circunstancias. Incluso si utiliza un titanato de litio de alta seguridad como electrodo negativo de la batería de titanio cobalto, el LCO explotará violentamente cuando se sobrecargue y se apriete.

Ventaja de utilizar óxido de cobalto de litio como material de ánodo

1. La batería de óxido de litio y cobalto tiene una estructura de celda estable debido al óxido de litio y cobalto.

2. El óxido de litio y cobalto tiene una mayor capacidad que otros materiales de ánodo.

3. Las propiedades integrales del óxido de cobalto de litio son mejores que otros materiales de ánodo.

4. El procesamiento de óxido de cobalto de litio es más conveniente.

5. La consistencia del óxido de litio y cobalto es buena después del procesamiento.

6. La tasa de descarga de óxido de cobalto y litio es alta.

7. El óxido de litio y cobalto tiene un alto poder.

8. La batería de óxido de cobalto de litio tiene buenas perspectivas de mercado.

Desventajas del uso de óxido de cobalto de litio como materiales de ánodo

1. El mineral de cobalto es escaso y el almacenamiento doméstico de mineral de cobalto de alta calidad es limitado.

2. El precio del mineral de cobalto es alto. A mediados de 2018, el precio del mineral de cobalto alcanzó los 700.000 yuanes por tonelada.

3. Tiene tiempos de ciclo pequeños. Actualmente, el ciclo del óxido de litio y cobalto solo puede llegar a 500 veces, pero en comparación con el del titanato de litio, que puede llegar a 20.000 veces, el óxido de litio y cobalto tiene tiempos de ciclo más bajos como materiales anódicos.

4. No es amigable con el medio ambiente. Actualmente, el cobalto pertenece a un metal pesado, que tiene un cierto efecto corrosivo en el suelo.

5. El rendimiento de seguridad del óxido de cobalto y litio es deficiente.

3) Propiedades del material del ánodo de óxido de cobalto de litio

El óxido de litio y cobalto funciona bien en términos de alta energía específica, pero no tan bueno en características de potencia, seguridad y ciclo de vida.

Contenido de microelementos en el material del ánodo de cobaltato de litio

4) Aplicación de la batería de óxido de cobalto de litio

El cobaltato de litio es la primera generación de materiales de ánodos comerciales. En décadas de desarrollo, se puede considerar como el material de ánodo más maduro de la batería de iones de litio.

El óxido de litio y cobalto sigue siendo la mejor opción para las baterías de litio pequeñas. En la actualidad, en cuanto a los productos 3C, la mayoría de ellos todavía utilizan cobaltato de litio en lugar de materiales ternarios con mayor capacidad específica, debido a que la densidad de compactación del cobaltato de litio es mayor que la de los materiales ternarios, es decir, se puede contener más cobaltato de litio en la unidad. volumen. El óxido de litio y cobalto juega un papel importante en las baterías de pequeño tamaño que se concentran en la densidad del volumen.

A medida que el desarrollo de la tecnología y el mercado cambian, el requisito de la batería de cobaltato de litio también aumenta lentamente. Se ha utilizado en equipos electrónicos como tabletas y teléfonos móviles, y también se ha expandido a diferentes dominios en los últimos años. Debido a su buena estabilidad y consistencia, alta densidad de energía y otras ventajas, la batería de óxido de cobalto de litio se ha aplicado gradualmente a equipos médicos, instrumentación, respaldo de emergencia, equipos especiales de comunicación, etc.

5) Comparación de las propiedades del material del ánodo de la batería de litio

El material del ánodo es uno de los materiales clave que determina el rendimiento de las baterías de iones de litio, y también es la principal fuente de iones de litio en las baterías comerciales de iones de litio actuales. Su rendimiento y precio tienen un gran impacto en las baterías de iones de litio. En la actualidad, los materiales del ánodo se han desarrollado y aplicado, principalmente incluyendo óxido de litio y cobalto (LCO), óxido de litio y manganeso (LMO), materiales ternarios como óxido de litio, níquel, cobalto y manganeso (NCM), aluminato de litio, níquel y cobalto (NCA), litio. fosfato de hierro (LFP) y titanato de litio (LTO).

Comparación de rendimiento de varios materiales de ánodo comerciales

El siguiente diagrama compara las energías específicas de los sistemas de plomo, níquel y litio. Aunque el aluminio de litio (NCA) es el ganador al almacenar más capacidad que otros sistemas, solo es adecuado para el uso de energía en ciertos escenarios. El manganato de litio (LMO) y el fosfato de litio (LFP) son superiores en potencia específica y estabilidad térmica. El titanato de litio (LTO) puede tener una capacidad menor, pero tiene la vida más larga que otras baterías y tiene el mejor rendimiento a baja temperatura.

Energía específica típica de baterías de plomo, níquel y litio

NCA tiene la energía específica más alta; Sin embargo, el manganato de litio y el fosfato de hierro y litio son superiores en potencia y estabilidad térmica. El titanato de litio tiene la mejor vida útil.