The influence of synthesis temperature on the HT-LiCoO2 crystallographic properties

Abstract

Grande parte do sucesso das baterias de íon-lítio à base de cobalto se deve à fácil síntese do HT-LiCoO2 por rotas sol-gel. Muitas rotas sol-gel reduziram a temperatura de síntese de 900 °C - para rotas de estado sólido - para 600 °C. No entanto, para se obter o composto HT-LCO por uma via química a temperaturas de calcinação moderadas, a taxa de aquecimento no estágio inicial da síntese deve ser alta. No entanto, em altas taxas de aquecimento, uma alta concentração de energia se desenvolve devido à combustão do agente quelante, causando uma grande e indesejável expansão volumétrica. Portanto, como forma de minimizar os efeitos da expansão volumétrica, a taxa de aquecimento na síntese foi investigada. Os resultados da difração de raios X mostraram que, usando uma baixa taxa de aquecimento, a formação da fase HT-LCO exige que mais do que a energia disponível a 600 oC para ser pura e se cristalize no grupo espacial desejado. No entanto, para a temperatura de calcinação de 800 °C, apenas 20 minutos foram suficientes para sintetizar uma fase HT-LCO cristalográfica com alto ordenamento. O tempo de síntese reduzido está possivelmente associado a uma alta homogeneização dos íons metálicos, uma vez que a expansão do gel é radicalmente reduzida. O LCO sintetizado a 800 °C por apenas 20 min mostrou capacidade de carga eletroquímica de cerca de 140 mAh g-1. Conclui-se que, controlando a cinética durante a etapa de aquecimento, na fase inicial da síntese, o HT-LCO é obtido com alto ordenamento cristalográfico, embora o tempo de síntese seja reduzido, possibilitando um processo de síntese economicamente mais atraente.