鋰離子電池正極材料LiCoO2的制備和結(jié)構(gòu)表征

1、鋰離子電池正極材料LiCoO2的制備和結(jié)構(gòu)表征1實(shí)驗(yàn)?zāi)康膶?shí)驗(yàn)?zāi)康?.通過實(shí)驗(yàn)掌握制備LiCoO2正極材料所使用的高溫固相合成方法。2.學(xué)會(huì)利用XRD方法測(cè)定LiCoO2的物相結(jié)構(gòu)，學(xué)會(huì)使用origin 和Jade數(shù)據(jù)處理軟件。3.了解層狀LiCoO2正極材料的結(jié)構(gòu)特征。二二 實(shí)驗(yàn)原理實(shí)驗(yàn)原理鋰離子電池充放電過程僅是通過正、負(fù)極材料的拓?fù)浞磻?yīng)（如圖1所示），即在電池內(nèi)部，充放電過程中電極材料僅發(fā)生鋰離子的嵌入和脫出反應(yīng)，并不產(chǎn)生新相，保持自己的結(jié)構(gòu)不變；當(dāng)反應(yīng)逆向進(jìn)行時(shí)，又恢復(fù)原狀。充電時(shí)，加在電池電極的電勢(shì)迫使正極材料（如鈷酸鋰）釋放出鋰離子，嵌入負(fù)極碳的片層中。放電時(shí)，鋰離子從片層結(jié)構(gòu)的碳中

2、析出重新和正極的化合物結(jié)合。鋰離子的流動(dòng)產(chǎn)生了電流。其充、放電電極反應(yīng)為：正極反應(yīng)正極反應(yīng)：LiCoO2Li1-xCoO2+xLi+xe- （充電） Li1-xCoO2+xLi+xe- =LiCoO2 （放電）負(fù)極反應(yīng)負(fù)極反應(yīng)：6C+xLi+xe-LixC6 （充電） LixC6 6C+xLi+xe-（放電）電池的總反應(yīng)電池的總反應(yīng)：6C+LiCoO2Li1-xCoO2+LixC6正極材料LiCoO2有兩種晶體結(jié)構(gòu)：層狀結(jié)構(gòu)和尖晶石結(jié)構(gòu)。常被用作鋰離子電池正極材料的LiCoO2為層狀結(jié)構(gòu)。 層狀LiCoO2的合成方法一般為高溫固相合成。在固相反應(yīng)中，一定溫度下反應(yīng)離子和原子會(huì)通過反應(yīng)物、中間體

3、發(fā)生遷移從而逐漸生成熱力學(xué)穩(wěn)定的固相粉末。 本實(shí)驗(yàn)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(yīng)制備層狀LiCoO2粉體。4CoCO3+2Li2CO3+O2=4LiCoO2+6CO2反應(yīng)方程式如下：1. 前驅(qū)體的制備 按化學(xué)計(jì)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(qū)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(qū)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

4、樣品。3. 樣品的粉末X射線衍射和掃描電鏡測(cè)定觀察樣品的顏色，利用X射線衍射儀測(cè)定樣品的物相并進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析實(shí)驗(yàn)步驟實(shí)驗(yàn)步驟4:17:44測(cè)試結(jié)果分析SEM 結(jié)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(qū)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。4:17:44XRD 結(jié)果結(jié)果分析：分析：XRD XRD 圖譜結(jié)果顯示在圖譜結(jié)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(qiáng)度更大，說明隨著溫度的升高，結(jié)晶越完善。衍射峰更尖銳，強(qiáng)度更大，說明隨著溫度的升高，結(jié)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