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钴酸锂锂电池商品化应用:
当Moli公司的二次电池接连发生爆炸的时候,业界对可充锂电池的未来充满绝望和恐惧。所谓富贵险中求,不入穴焉得子,日本人这个时候悄悄地把很多人不敢碰的钴酸锂与碳负极搭配,于是代商品化锂离子电池横空出世,这个时间是1991年。所以将钴酸锂称为现代锂离子电池正极材料的开山鼻祖,一点儿也不为过。
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
钴粉回收、超细钴粉可制成特种功能材料。例如,将它广泛用于特种模具及轴瓦和耐磨件的内衬。装甲材料通常是采用各种合金来提高其韧性和抗冲击性能,以抵御炮弹的攻击。超细钴粉经新工艺烧结后,可制成新型高强度超硬材料,用于装甲防护。还可以制成耐高温、散热、导电的防腐涂层,可广泛用于宇航、机场、码头、油库、舰船等特种场合的防护
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
LCO当然也有自身的缺点,首当其冲的就是资源问题,全球的钴资源总量不超过710万吨(USGS/2016),年产量不超过12万吨,储产比57年。在原先的3C锂电一统天下的时代可能还有光明的未来,但动力和储能的兴起使得钴马上就面临着捉襟见肘的窘境。
以一辆特斯拉用的电池来说,如果全部用LCO来制造,大约只能满足8000万辆车用电池的需求,显然无论从年产量还是从未来电动汽车的容量来说,钴是难以支撑新能源产业的未来。根据相关数据统计,全球只有不到60%的钴会用于电池。
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