一种低温且短时间内合成锂电池正极活性材料 — 钴酸锂的成功研发

上月,北海道大学大学院理学研究院宣布其与神户大学成功开发出一种“水流法(ハイドロフラックス法)”,即在低温、短时间内可合成锂电池正极活性材料 — 钴酸锂的方法。

锂电池中成本最高的成分是正极活性材料,除原材料的价格外,生产工艺方面的高成本也是当前需要解决的课题。同时。层状岩盐结构的钴酸锂被广泛用作锂电池的正极活性材料,传统上,这种化合物的合成通常需要在800-1000℃的高温下经过10-20小时长时间的煅烧。

研发过程显示,如果低于500℃的温度,则能够合成晶体结构不同的尖晶石型钴酸锂(スピネル型コバルト酸リチウム)。因此层状钴酸锂(層状コバルト酸リチウム)则被认为是仅在高温条件下才能合成的高温相钴酸锂。

研究小组此次开发的“水流法”,是一种可代替传统高温固相法的合成法。该方法通过在稍过量的氢氧化锂中,加入氢氧化钠及少量的水,降低氢氧化锂的熔点在反应温度下形成液相,从而提高与氢氧化钴的反应性。研究发现,该反应可促进钴酸锂在300℃下的晶体生长,并抑制杂质的形成。

此外,研究小组就反应路径进行了相关实验。实验结果表明,作为钴源的氢氧化钴转变为岩盐型氧化钴后,在液相中溶解并在在液相中与锂反应,最终生成了钴酸锂。如果对该反应过程进行追踪不难发现,钴酸锂的晶体生长可在温度为300℃,且用时30分钟内即可完成。

研究小组还发现,在温度更低的150℃时层状钴酸锂的合成也得到了证实,该合成的反应途径与尖晶石型钴酸锂合成的反应途径完全不同。

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