1、鋰離子電池正極材料LiCoO2的制備和結構表征實驗目的實驗目的1.通過實驗掌握制備LiCoO2正極材料所使用的高溫固相合成方法。2.學會利用XRD方法測定LiCoO2的物相結構，學會使用origin 和Jade數據處理軟件。3.了解層狀LiCoO2正極材料的結構特征。二二 實驗原理實驗原理鋰離子電池充放電過程僅是通過正、負極材料的拓撲反應（如圖1所示），即在電池內部，充放電過程中電極材料僅發生鋰離子的嵌入和脫出反應，并不產生新相，保持自己的結構不變；當反應逆向進行時，又恢復原狀。充電時，加在電池電極的電勢迫使正極材料（如鈷酸鋰）釋放出鋰離子，嵌入負極碳的片層中。放電時，鋰離子從片層結構的碳中析

2、出重新和正極的化合物結合。鋰離子的流動產生了電流。其充、放電電極反應為：正極反應正極反應：LiCoO2Li1-xCoO2+xLi+xe- （充電） Li1-xCoO2+xLi+xe- =LiCoO2 （放電）負極反應負極反應：6C+xLi+xe-LixC6 （充電） LixC6 6C+xLi+xe-（放電）電池的總反應電池的總反應：6C+LiCoO2Li1-xCoO2+LixC6正極材料LiCoO2有兩種晶體結構：層狀結構和尖晶石結構。常被用作鋰離子電池正極材料的LiCoO2為層狀結構。 層狀LiCoO2的合成方法一般為高溫固相合成。在固相反應中，一定溫度下反應離子和原子會通過反應物、中間體發

3、生遷移從而逐漸生成熱力學穩定的固相粉末。 本實驗中采用碳酸鈷和碳酸鋰作為原材料，通過常用的高溫固相反應制備層狀LiCoO2粉體。4CoCO3+2Li2CO3+O2=4LiCoO2+6CO2反應方程式如下：1. 前驅體的制備 按化學計量比Li：Co=1：1稱取碳酸鋰（0.01mol, 0.739g）和碳酸鈷(0.02mol, 2.379g)放入研缽中，不斷地研磨混合均勻，最后將研磨所得蓬松的前驅體收集到坩堝中，待用。2. 樣品的高溫合成 在空氣氣氛下，將含有前驅體的坩堝放入馬弗爐并于5000C下，加熱分解6h，冷卻至室溫并再次充分研磨；接著將樣品于8000C下晶化12h。自然冷卻至室溫收集所得樣

4、品。3. 樣品的粉末X射線衍射和掃描電鏡測定觀察樣品的顏色，利用X射線衍射儀測定樣品的物相并進行結構分析實驗步驟實驗步驟*測試結果分析SEM 結果500oC, 20,000500oC, 5,000800oC, 5,000800oC, 20,000分析：鈷酸鋰在500oC和800oC熱處理的形貌沒有大的區別，均為粒徑為1m左右的類球形顆粒，并且微球是由200nm左右的顆粒組裝而成。*XRD 結果結果分析：分析：XRD XRD 圖譜結果顯示在圖譜結果顯示在500500o oC C和和800800o oC C熱處理的樣品均為純的熱處理的樣品均為純的鈷酸鋰，無任何雜相。相比之下，鈷酸鋰，無任何雜相。相比之下， 800 800o oC C熱處理得到的熱處理得到的Li CoOLi CoO2 2的的衍射峰更尖銳，強度更大，說明隨著溫度的升高，結晶越完善。衍射峰更尖銳，強度更大，說明隨著溫度的升高，結晶越完善。800800o oC C下處理的樣品在下處理的樣品在(018)(018)和和(110)(110)晶面的衍射峰間隔分明