O le a le Lithium Cobalt Oxide?

Lithium cobalt oxide (LiCoO₂) ose vaila'au fa'aogaina e fai ma mea cathode i maa lithium-iona, aemaise mo mea fa'akomepiuta fa'atau. O lo'o iai ion lithium, atoms cobalt i se +3 tulaga fa'ama'i, ma le okesene fa'atulaga i se fausaga fa'a tioata fa'apipi'i e mafai ai ona fe'avea'i lelei le ion i le taimi o le fa'atumuina ma le fa'asa'oina o le maa. I le avea ai ma se tasi o mea sili ona mautu cathode i totonu o le aiga maa lithium, na taulamua le LCO i le fa'atauaina o tekonolosi lithium-rechargeable i le 1991.

O le fausaga mole mole o le lithium cobalt oxide o loʻo faʻamalamalamaina ai le faʻatinoga o le maa. O lo'o fa'aalia e le fa'apotopotoga se fausaga tioata hexagonal o lo'o fa'anofo ai lithium cations (Li⁺) i le va o laupepa fa'alautele o le cobalt ma le okesene. O le cobalt-oxygen layers e fau pito-fetufa'i octahedra, ma fa'atupu ai ala e mafai ai ona fealua'i sa'oloto ion lithium.

E feso'ota'i fa'atasi ma le okesene le covalent atoms e fau ai CoO₆ octahedrons, a'o le lithium e fa'atupuina ai le vaivai fa'aioni fa'atasi ma atoma okesene o lo'o si'omia. O lenei eseesega i le malosi o fusi e faafaigofie ai le aveeseina o le lithium ion i le taimi o le tauina-o le malosi o le Co-O bonds e fa'amautu le fausaga a'o fa'ataga Li⁺ e sola. O le tioata e iai i le vaega avanoa R-3m i le fa'ailoga a Hermann-Mauguin, e fa'ailoa mai ai fa'atusa fa'asolo fa'atolu.

I lona tulaga atoatoa, LiCoO₂ e foliga mai e pei o se tioata lanu moana lanumoana po'o le lanumoana -efuefu ma lona malosi fa'ata'ita'i e 274 mAh/g. O le mafiafia moni o mea e o'o atu i le 5.1 g/cm³, fa'atasi ai ma le tele fa'apipi'i fa'atino e tusa ma le 4.2 g/cm³-le maualuga i mea masani cathode. O lenei mafiafia fa'apitoa e fa'aliliu sa'o i le voluma malosi malosi, ose fa'amanuiaga taua mo masini -fa'atapula'a.

I le taimi o le fa'atumuina o le maa, e fa'ama'i fa'ama'i se vaega o le cobalt mai le Co³⁺ i le Co⁴⁺ a'o fa'ama'esea ion lithium ma aga'i atu i le anode. Ole mea lea e fa'atupuina ai mea e le -stoichiometric o lo'o fa'atusalia o le LiₓCoO₂ lea 0 < x < 1. O le toe fa'afo'isia o lenei faiga e mafai ai ona toe fa'aogaina le maa, e ui ina faigata le fa'atulagaina pe a sili atu i le 50% o ion lithium e maua mai.

Lithium Cobalt Oxide

Malamalamao a maa lithiumamata i le iloaina o latou o puna eletise e mafai ona toe faʻaaogaina lea e fealuai ai ion lithium i le va o eletise e teu ma faʻasaʻo le malosi. O le LCO o lo'o avea ma puna ma taunu'uga mo nei ion i le eletise lelei. I se faatulagaga masani o le maa LCO, o le cathode o loʻo i ai le lithium cobalt oxide, o le anode e faʻaogaina le kaponi graphitic, ma le lithium salt electrolyte e mafai ai ona felauaiga ion i le va o latou.

A e molia se masini, o le lithium ions e aveese mai le cobalt oxide cathode, malaga i totonu o le electrolyte, pasi i totonu o se microporous separator, ma faʻafesoʻotaʻi i totonu o le fausaga o le graphite anode. O le fa'agasologa e toe fa'afo'i a'o fa'ate'a-iona e toe fo'i i le cathode a'o fa'aeletonika e alu atu i fafo e fa'aola ai lau masini. O lenei faiga "nofoa faaluelue" e maua ai maa Li-o latou natura e mafai ona toe fa'aaogaina.

O ma'a LCO e fa'ao'o mai ai le voluma fa'atatau ile 3.7V fa'atasi ai ma le tipi fa'atonu ile 4.2V. E tumau pea le mafolafola o lenei voluma mafolafola i le tele o le ta'amilosaga fa'alele, ma maua ai le tu'uina atu o le paoa. Ole laina eletise galue ole -20 tikeri i le 55 tikeri e talafeagai ai le LCO mo le tele o talosaga a tagata faatau, e ui ina faʻaleagaina le faʻatinoga i le maualuga o le vevela.

O le maualuga o le malosi fa'apitoa ma le malosi o le malosi na avea ai ma uluai fa'atauga lithium-ion cathode ina ua fa'alauiloa e Sony ma'a fa'avae LCO-i le 1991. Na maua e John B. Goodenough ma Koichi Mizushima le gafatia o le LCO e avea o se intercalation electrode i le 1980 i le Iunivesite o Oxford, galuega na saofagā i le Goodenough's Prize 2 Chemistry9 Nobel.

Malosiaga maualuga

O ma'a LCO e maua le malosi ole 150-200 Wh/kg, e sili atu i le tele o isi vaila'au. Ole fua faatatau lea ole malosi-i-mamafa e mafai ai e tagata gaosi oloa ona fai ni ma'a mama ma mama mo masini feavea'i. O se maa telefoni e fa'aaoga ai le LCO e mafai ona fa'auluina le taimi tutusa e pei o isi mea mamafa a'o fa'aitiitia avanoa. O le maualuga o le faʻapipiʻi faʻapipiʻi atili faʻateleina ai lenei tulaga lelei-i le 4.2 g/cm³, LCO faʻapipiʻi mea e sili atu ona malosi i totonu o se voluma tuʻuina atu nai lo le lithium manganese oxide poʻo le lithium iron phosphate.

Fa'atinoga Fa'aeletise Mausali

O le fausaga fa'apipi'i o le LCO e tete'e le pa'u i le taimi o le uila vilivae masani, e saofagā i le fa'amauina o le malosi. E tumau pea le fa'aitiitia o le malosi i lalo ole 0.05% ile ta'amilosaga ile tulaga masani. O le mautu lea e afua mai i noataga malosi Co-O i le cobalt oxide layers, lea e fa'atumauina le fa'ata'otoga e tusa lava pe fe'avea'i i totonu ma fafo iona lithium. O le puleaina o maa e sili atu ona tuusaʻo pe a mou atu le gafatia e mulimuli i se mamanu faʻamaonia.

Maualuluga Galulue Voltage

O le 3.9V fa'a'ave'esea o ma'a LCO e mafai ai ona maualuga atu le malosi e fa'atusatusa i le -ma'a maualalo. Talu ai e fua le malosi o le maa ma le sikuea o le voltage, o lenei tulaga maualuga e faʻateleina ai le malosi o le malosi. O le 4.2V LCO cell e teuina le tele o le malosi nai lo le 3.2V lithium iron phosphate cell o le gafatia tutusa. O le maualuga o le voltage o lona uiga o le itiiti ifo o sela e manaʻomia i le faasologa mo le tuʻuina atu o le voltage, faʻaitiitia le lavelave ma le tau i nisi o mamanu.

Tulaga Matutua

O le tolu sefulu tausaga o gaosiga fa'apisinisi ua fa'amamāina ai le gaosiga o le LCO i se tulaga fa'apitoa. Fa'agaioiga gaosiga e mafai ona tu'uina atu pea vaega laiti mai le nanometers i micrometers fa'alagolago i mana'oga fa'aoga. O lenei tomai faufale e fa'aliliuina i le fa'aitiitia o fa'aletonu, sili atu -i-fa'ato'aga fa'aputuga, ma fa'amautu filifili sapalai. Laiti-sela LCO mo mea fa'akomepiuta fa'atau e fai ma sui o se tasi o tekinolosi ma'a sili ona matua ma tau-totogi mo latou tulaga fa'aoga patino.

Lithium Cobalt Oxide

Fa'apopoleina o le mautu o le vevela

O maa LCO e mafai ona a'afia i le vevela i le vevela e sili atu i le 130 tikeri po'o le taimi o le fa'amalo tele. I le maualuga o le vevela, o le lithium cobalt oxide e pala ma faʻasaʻo le okesene, ona faʻafefea ai lea ma le eletise eletise. E mafai ona sosolo atu lea tali i sela pito lata ane ma e ono mu ai mea e mu. A'o fa'aalia e le LCO e sili atu le mautu o le vevela nai lo isi vaila'au 'oa -nikeli, e tumau pea ona ma'ale'ale le vevela-nai lo le lithium iron phosphate po'o le lithium titanate isi mea.

E masani ona fa'atapula'aina e le matagaluega o le saogalemu ma'a LCO i le 1C le tau fa'aalu ma le fa'amama. O nei faiga puipuia e puipuia ai le maualuga o le vevela e mafai ona faʻatupu ai le pala, ae latou te faʻalavelaveina foi le gafatia o le tuʻuina atu o le paoa.

Ta'amilosaga Ta'amilosaga Ola

O ma'a LCO masani e masani ona ausia le 500-1,000 ta'amilosaga fa'aalu a'o le'i pa'ū le malosi i le 80% o le ulua'i. O lenei olaga e pa'u'ū mai isi ituaiga maa lithium: o maa lithium iron phosphate e tuʻuina atu le 2,000-5,000 taamilosaga, ae o maa lithium titanate e mafai ona sili atu i le 15,000 taamilosaga. Ole ta'amilosaga pu'upu'u ole olaga e afua mai i suiga fa'avae e tupu ile taimi ole lithiation loloto ma le fa'amama. E fa'atupula'ia le tete'e i totonu i le matua, ma mafua ai ona pa'u le voli i lalo o le uta lea e mafai ai ona le fa'aogaina le maa a'o le'i tupu fa'alavelave mata'utia.

Malosiaga Fa'apitoa maualalo

E ui ina maualuga le LCO i le malosi o le malosi, e maua ai le malosi fa'apitoa. O le maualuga o le tafe e mafai ona mafua ai le vevela o le pusa ma faʻavaveina le faʻaleagaina. Ole tapula'a lea e fa'atapula'aina ai le LCO ile talosaga e mana'omia le malosi. Mea faigaluega eletise, ta'avale eletise, ma isi fa'aoga -a'ai maualuga e masani ona fa'aogaina isi vaila'au e pei o le nickel manganese cobalt (NMC) po'o le lithium manganese oxide e fa'apalepale i le maualuga o le toso i le taimi nei.

Fa'afitauli o le Sapalai o Cobalt

O le maketi o le lithium cobalt oxide i le lalolagi atoa na oʻo atu i le $ 7.04 piliona i le 2024 ma poloketi e tupu i le 6.37% CAGR e oʻo atu i le 2034, ae o le avanoa o le cobalt e tulaʻi mai ai luitau. E sili atu i le 70% o le gaosiga o cobalt o loʻo faʻatumauina i le Democratic Republic of Congo, lea e faʻatupuina ai e faʻataʻitaʻiga faʻatauga ni popolega tau le siosiomaga ma le amio. O tau o Cobalt e fesuisuiai tele e faʻavae i luga o mea faʻa-geopolitical, faʻatupuina le faʻaogaina o tau mo tagata gaosi maa.

O nei fa'alavelave sapalai sapalai ua fa'atelevave ai su'esu'ega ile kobalt-free pe fa'aititia-cobalt cathode chemistries. O le tele o tagata gaosi oloa ua fa'afefiloi nei le LCO ma le nickel ma le manganese e fa'aitiitia ai mea e maua i le cobalt a'o fa'atumauina le fa'atinoga talafeagai.

Fa'atonu Fa'aeletonika Fa'atau

E tusa ma le 60% o ma'a fa'akomepiuta fa'atau a le LCO i le 2024, e tusa ai ma fa'amaumauga a le International Energy Agency. O telefoni feaveai, komepiuta feaveai, papa, mea pueata numera, ma masini e mafai ona ofuina e faalagolago tele i tekinolosi LCO. O le kuata muamua o le 2024 na vaaia ai le o'o atu i le 113.1 miliona iunite i le lalolagi atoa, i luga ole 8.8% tausaga-i luga-tausaga, ma le tele o lo'o fa'aogaina maa LCO.

O le vaega fa'akomepiuta fa'atau oloa na umia le 41.5% o le fa'asoa maketi a le LCO i le 2024 ma o lo'o fa'amoemoe e fa'atumauina pea le pule e o'o atu i le 2037. O lenei mana'oga tumau e atagia mai ai le paleni lelei a le LCO o le malosi, fetuutuuna'i tulaga, ma le tau mo mea fa'aeletonika feavea'i. O telefoni fe'avea'i e fa'amanuiaina fa'apitoa mai le LCO's high compact density density-e mafai e tagata gaosi oloa ona fai ni masini manifinifi e aunoa ma le fa'atauina o le malosi maa.

Talosaga Mea Fa'afoma'i

O ma'a LCO e mafai ona toe fa'aaogaina e tautua i masini fa'afoma'i fa'apipi'i e aofia ai le pacemakers, defibrillators, ma pamu inisalini. O le tu'ufa'atasiga o le maualuga o le malosi, uiga fa'asa'o mautu, ma le lapopo'a fa'atatau e talafeagai ai le LCO mo nei fa'aoga taua. O taimi uumi i le va o le toe faʻaleleia e faʻaitiitia ai le mamafa o le maʻi, ae o le vaʻaia o le voltage e mautinoa ai le faʻaogaina o masini.

Fa'atapula'aina Ta'avale Eletise

A'o pulea e le LCO ma'a ta'avale eletise muamua, ua tele lava ina si'i atu e le au gaosi oloa i isi vaila'au o le maa lithium. Faatasi ai ma ituaiga eseese o maa lithium e maua-e aofia ai le lithium iron phosphate (LFP), lithium nickel manganese cobalt (NMC), lithium nickel cobalt aluminum (NCA), ma le lithium titanate (LTO)-e ofoina atu e ta'itasi fefa'ataua'iga-i le va o le malosi o le malosi, saogalemu, ola ta'amilosaga, ma le tau. Tesla's early Roadster na fa'aogaina sela fa'avae LCO-, ae o le kamupani ma isi tagata fai ta'avale na malaga atu i NMC ma NCA chemistries e ofoina atu le eletise sili atu, mautu vevela, ma le ta'amilosaga ola. O le 14 miliona ta'avale eletise na fa'atau atu i le lalolagi atoa i le 2023, e tele lava ina fa'aoga nikeli-matea o le cathode nai lo le LCO.

O le malosi ma'ale'ale fa'apitoa a le LCO ma le ma'ale'ale fa'avevela e le fetaui mo le maualuga-o lo'o i ai nei, vave- mana'oga o mea tau ta'avale. O ma'a EV e tatau ona ola i le afe ma afe o ta'amilosaga e fa'aola ma fa'agaioi ma le fa'atuatuaina i le vevela -mana'oga e sili atu i le gafatia ole LCO.

Lithium Cobalt Oxide

Maualuluga -Voltage LCO Fa'afouga

O taumafaiga su'esu'e e taula'i i le una'ia o le eletise galue LCO i tua atu o le tapulaa masani 4.2V. O le fa'ateleina o le voluma mai le 4.2V i le 4.45V e fa'ateleina ai le malosi o le lafoa'i mai le 140 mAh/g i le tusa ma le 180 mAh/g-se 28.6% le fa'aleleia. I le 4.6V, o le gafatia e oʻo atu i le 220 mAh / g, faʻalatalata atu i le maualuga maualuga.

O le lu'itau o lo'o taoto i le mautu o le fausaga. Pe a molia i le 4.6V i le 1C fua faatatau, LCO tumau na o le 50% gafatia pe a uma le 100 taamilosaga ma 20% pe a uma le 200 taamilosaga. O le aveeseina o le tele o ion lithium e mafua ai suiga le mafai ona toe faʻaaogaina e faʻaleagaina ai le fausaga tioata. O se su'esu'ega ia Iuni 2024 na lomia i le Inisinia journal na su'esu'eina ai auala e fa'aleleia ai e aofia ai fa'alavalava i luga o le eleele, fa'ameamea i elemene e pei o le lanthanum ma le alumini, ma le fa'atonutonuina o vaega fa'apitoa e mafai ai ona fa'agaoioia le maualuga{10}}voltage.

Maketi Ala

O le tele o kamupani su'esu'e maketi o lo'o fa'atino le fa'atupula'ia malosi mo le LCO e ui ina fa'atauva'a mai isi su'esu'ega kemisi. Fuafuaga tau maketi e amata mai i le $5.17 piliona (Grand View Research) i le $7.04 piliona (Market Research Future) mo le 2024, faatasi ai ma le maliega e tusa ma le 9-10% fa'aopoopo fa'aletausaga fa'atupulaia e o'o atu i le 2030-2034. O le itulagi o Asia ma le Pasefika e pulea le gaosiga ma le taumafaina, e tusa ma le 50-60% o le maketi o le lalolagi.

O lenei fa'atupula'ia fa'atupula'ia e atagia mai ai le fa'atumauina o mana'oga mai mea fa'akomepiuta fa'atau nai lo le fa'alauteleina i totonu o talosaga fou. A'o fa'atupula'ia le fa'aaogaina o masini feavea'i ile atina'eina o maketi ma oloa o lo'o i ai nei e mana'omia le sui o maa, ole manaoga ole LCO o lo'o mulimulita'i i luga e ui i lona tulaga fa'atekonolosi matua.

Toe fa'aaogā ma Fa'aauau

O atugaluga tau le si'osi'omaga ma fa'atatau ile la'uina o cobalt ua fa'ateleina le taula'i ile toe fa'aaogaina o ma'a. O su'esu'ega fa'asalalau i le RSC Sustainability i le 2024 na fa'aalia ai metotia mo le fa'aleleia o ma'a LCO fa'aalu ile NMC111 (nickel-manganese-cobalt) material cathode e ala i le citric acid-leaching ma le sol-gel synthesis. O nei faiga e fa'aogaina ai so'o -o'ona ma 'alofia ai faiga fa'a'ave'esea mata'utia.

O le toe fa'aaogaina lelei e mafai ona fa'aitiitia ai le mamafa o le sapalai a'o fa'aitiitia tulaga fa'alesiosiomaga a le la'u. Peita'i, o le fa'atūina o fa'aputuga lautele ma le fa'agaioiina o mea tetele o lo'o tumau pea se lu'itau tele, aemaise lava mo tama'i ma'a fa'atau e masani ona i'u i lapisi.

O lo'o ofoina mai e le LCO le maualuga maualuga o le malosi o le voluma i totonu o mea fa'apisinisi cathode, e fa'amalieina mo avanoa-fa'atonuga. Pe a faatusatusa i le lithium iron phosphate, e maua ai e le LCO le malosi maualuga (3.7V vs. 3.2V) ma le malosi o le malosi ae maualalo le saogalemu o le vevela ma le taamilosaga ola. E fa'atatau i vaila'au o le NMC, o le LCO e sili atu ona faigofie le tu'ufa'atasiga ae fa'aitiitia le malosi fa'apitoa ma le maualuga o le cobalt content.

E mana'omia e ta'avale eletise ni mea fa'a cathode e mafai ona fa'aogaina le maualuga o le tafe, fa'avave le fa'atumuina, fa'aumi le ola o le ta'amilosaga (2,000+ ta'amilosaga), ma le fa'agaioiga i va'aiga lautele o le vevela. Ole malosi fa'apitoa ole LCO, lagona vevela i luga atu o le 130 tikeri, ma le 500-1,000 fa'ata'amilosaga masani ole umi ole ola e le'o ausia nei mana'oga faigata. NMC ma NCA chemistries sili atu le faapaleniina o le malosi, tuʻuina atu o le eletise, ma le umi e manaʻomia mo mea tau taʻavale.

O ma'a masani LCO e maua le 500-1,000 fa'ato'a atoa-ta'amilosaga a'o le'i fa'aleagaina i le 80% o le malosi muamua. O le umi o le ola e fa'alagolago i le fa'aogaina o le fa'aogaina-o le fa'a'a'a'ai fa'a'a'ai fa'aola e fa'alautele ai le ola, a'o le loloto o le tafe ma le maualuga o le vevela e fa'atelevaveina ai le fa'aleagaina. Mo mea fa'akomepiuta fa'atau e feololo le fa'aogaina i aso ta'itasi, e fa'aliliu pe a ma le 2-3 tausaga a'o le'i fa'aitiitia le fa'atinoga.

Ioe, e ui ina maualalo le aofa'i o le aoina mo ma'a fa'akomepiuta fa'atau. O le LCO o lo'o i ai le cobalt taua e mafai ai ona toe fa'aaogaina le tamaoaiga. O faiga fa'aonaponei toe fa'aaogaina e fa'aogaina ai le hydrometallurgical po'o le fa'afouina sa'o auala e toe fa'afo'i mai ai mea o le cathode. O nisi su'esu'ega o lo'o fa'aalia ai le fa'aliliuina o le LCO fa'aalu i isi vaila'au cathode e pei o le NMC, fa'alautele le fa'aogaina o meafaitino a'o fa'aitiitia le mana'oga muamua e maina.

O le malamalama i meatotino a le lithium cobalt oxide, tulaga lelei, ma tapula'a e fa'amanino ai lona fa'aauau pea o le fa'auluuluga i mea tau fa'aeletonika e ui lava i mea fou o kemisi maa. I totonu o laufanua eseese o ma'a lithium-lea e fa'amuamua ai le saogalemu o le LFP, e fa'apaleni e le NMC fua fa'atinoga, ma o lo'o ofoina atu e le LTO le umi tele-o lo'o fa'atumauina e le LCO lona fa'ailoga e ala i le maualuga o le voluma malosi ma le matua o le gaosiga. O le malosi fa'apitoa o mea e fa'amautinoa ai lona talafeagai mo masini feavea'i, a'o su'esu'ega faifaipea e fa'atatau i lu'itau mautu e fa'alautele ai tua'oi fa'atinoga. A'o fa'atuputeleina tekinolosi ma'a, ua fa'ata'ita'i mai e le LCO le fefa'ataua'iga-fa'ameamea i le teuina o le malosi fa'aeletise-e leai se kemisi tasi maa lithium e sili atu i fua fa'atatau uma, ma fa'atatauina-fa'atonuga fa'apitoa e mana'omia mo le filifilia o maa.

Punavai

Su'esu'ega Maketi i le Lumana'i - Lipoti o le Maketi Lithium Cobalt Oxide 2024

Grand View Research - LCO Maketi Su'esu'ega 2024-2030

Nature Nanotechnology - Structural Origin of High-Voltage Inability (2021)

Inisinia Journal - Maualuluga-Voltage ma Saosaoa-Totogiina LCO Cathodes (Iuni 2024)

International Energy Agency - Va'aiga Ta'avale Eletise 2023-2024

RSC Sustainability - Upcycling LCO to NMC111 (Aperila 2024)

Iunivesite - Ma'a Ituaiga Lithium-Ion Ma'a

Wikipedia - Lithium Cobalt Oxide (Fa'afouina Iulai 2025)