Óxido de cobalto y litio

El óxido de cobalto y litio , a veces llamado cobaltato de litio ^{[ 2 ]} o cobaltito de litio , ^{[ 3 ]} es un compuesto químico con la fórmula LiCoO_2. Losde cobaltoestán formalmente en el estado de oxidación +3, de ahí elnombreIUPACóxido de litio cobalto(III).

El óxido de cobalto y litio 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, especialmente en dispositivos electrónicos portátiles .

La estructura de LiCoO₂ se ha estudiado con numerosas técnicas, incluyendodifracción de rayos X,microscopía electrónica,difracción de neutrones en polvoyEXAFS. ^{[ 5 ]}

El sólido consiste en 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 aristas , con dos caras paralelas al plano de la lámina. ^{[ 6 ]} Los átomos de cobalto están formalmente en el estado de oxidación trivalente ( Co ³⁺) y están intercalados entre dos capas de átomos de oxígeno ( O ²⁻).

En cada capa (cobalto, oxígeno o litio), los átomos están dispuestos en una red triangular regular. Las redes están desplazadas de manera que los átomos de litio estén más alejados 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 puntual es${\displaystyle R{\bar {3}}m}$En la notación de Hermann-Mauguin , se indica una celda unitaria con simetría rotacional triple impropia y un plano de simetría. El eje de rotación triple (que es normal a las capas) se denomina impropio porque los triángulos de oxígeno (situados en lados opuestos de cada octaedro) están anti-alineados. ^{[ 7 ]}

El óxido de cobalto y litio totalmente reducido se puede preparar calentando una mezcla estequiométrica de carbonato de litio Li₂ CO₃ yóxido de cobalto(II,III)Co₃ O₄ o cobalto metálico a 600–800 °C, luegorecocidodel producto a 900 °C durante muchas horas, todo bajo una atmósfera de oxígeno. ^{[ 6 ] [ 3 ] [ 7 ]}

También se pueden obtener partículas de tamaño nanométrico más adecuadas para su uso como cátodo mediante la calcinación de oxalato de cobalto hidratado β- CoC.₂ O₄ ·2H₂ O, en forma de cristales en forma de varilla de aproximadamente 8 μm de largo y 0,4 μm de ancho, conhidróxido de litioLiOH, 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 transforma la mezcla en un gel transparente y viscoso. El gel seco se muele y se calienta gradualmente hasta 550 °C. ^{[ 10 ]}

La utilidad del óxido de cobalto de litio como electrodo de intercalación fue descubierta en 1980 por un grupo de investigación de la Universidad de Oxford dirigido por John B. Goodenough y Koichi Mizushima de la Universidad de Tokio . ^{[ 11 ]}

El compuesto se utiliza ahora como cátodo en algunas baterías recargables de iones de litio , con tamaños de partícula que van desde nanómetros hasta micrómetros . ^{[ 10 ] [ 9 ]} Durante la carga, el cobalto se oxida parcialmente al estado +4, con algunos iones de litio moviéndose al electrolito, lo que da como resultado una gama de compuestos Li_x CoO₂ con 0 <x< 1. ^{[ 3 ]}

Baterías fabricadas con LiCoO_{Los cátodos 2} tienen capacidades muy estables, pero tienen capacidades y potencia menores que aquellos con cátodos basados ​​ende níquel-cobalto-aluminio(NCA) oníquel-cobalto-manganeso(NCM) (especialmente ricos en níquel). ^{[ 12 ]} Los problemas determoestabilidadson mejores paraLiCoO₂ cátodos que otras químicas ricas en níquel, aunque no de forma significativa. Esto hace queLiCoO₂ baterías susceptibles afugas térmicasen casos de abuso como funcionamiento a alta temperatura (>130 °C) osobrecarga. A temperaturas elevadas,LiCoOLa descomposición _{del LiCoO₂} generaoxígeno, que luego reacciona con el electrolito orgánico de la celda. Esta reacción se observa con frecuencia enlas baterías de iones de litio,donde la batería se vuelve altamente volátil y debe reciclarse de forma segura. La descomposición del LiCoO₂_representaun riesgo para la seguridad debido a la magnitud de estareacción altamente exotérmica, que puede propagarse a celdas adyacentes o incendiar material combustible cercano. ^{[ 13 ]} En general, esto se observa en muchos cátodos de baterías de iones de litio.

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• Visualización de la estructura del óxido de cobalto y litio a nivel atómico. Archivado el 13 de enero de 2008 en la Wayback Machine del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley.