锂离子电池正极材料LiCoO2的制备和结构表征讲义.pptVIP

锂离子电池正极材料LiCoO2的制备和结构表征 实验目的 1.通过实验掌握制备LiCoO2正极材料所使用的高温固相合成方法。 2.学会利用XRD方法测定LiCoO2的物相结构，学会使用origin 和Jade数据处理软件。 3.了解层状LiCoO2正极材料的结构特征。 二． 实验原理 锂离子电池充放电过程仅是通过正、负极材料的拓扑反应（如图1所示），即在电池内部，充放电过程中电极材料仅发生锂离子的嵌入和脱出反应，并不产生新相，保持自己的结构不变；当反应逆向进行时，又恢复原状。充电时，加在电池电极的电势迫使正极材料（如钴酸锂）释放出锂离子，嵌入负极碳的片层中。放电时，锂离子从片层结构的碳中析出重新和正极的化合物结合。锂离子的流动产生了电流。其充、放电电极反应为： 正极反应： LiCoO2═Li1-xCoO2+xLi++xe- （充电） Li1-xCoO2+xLi++xe- =LiCoO2 （放电） 负极反应： 6C+xLi++xe-═LixC6 （充电） LixC6═ 6C+xLi++xe-（放电） 电池的总反应： 6C+LiCoO2═Li1-xCoO2+LixC6 正极材料LiCoO2有两种晶体结构：层状结构和尖晶石结构。常被用作锂离子电池正极材料的LiCoO2为层状结构。 层状LiCoO2的合成方法一般为高温固相合成。在固相反应中，一定温度下反应离子和原子会通过反应物、中间体发生迁移从而逐渐生成热力学稳定的固相粉末。 本实验中采用碳酸钴和碳酸锂作为原材料，通过常用的高温固相反应制备层状LiCoO2粉体。 4CoCO3+2Li2CO3+O2=4LiCoO2+6CO2 反应方程式如下： 1. 前驱体的制备 按化学计量比Li：Co=1：1称取碳酸锂（0.01mol, 0.739g）和碳酸钴(0.02mol, 2.379g)放入研钵中，不断地研磨混合均匀，最后将研磨所得蓬松的前驱体收集到坩埚中，待用。 2. 样品的高温合成 在空气气氛下，将含有前驱体的坩埚放入马弗炉并于5000C下，加热分解6h，冷却至室温并再次充分研磨；接着将样品于8000C下晶化12h。自然冷却至室温收集所得样品。 3. 样品的粉末X射线衍射和扫描电镜测定 观察样品的颜色，利用X射线衍射仪测定样品的物相并进行结构分析 实验步骤 * 测试结果分析 SEM 结果 500oC, × 20,000 500oC, × 5,000 800oC, × 5,000 800oC, × 20,000 分析：钴酸锂在500oC和800oC热处理的形貌没有大的区别，均为粒径为1μm左右的类球形颗粒，并且微球是由200nm左右的颗粒组装而成。 * XRD 结果 分析：XRD 图谱结果显示在500oC和800oC热处理的样品均为纯的钴酸锂，无任何杂相。相比之下， 800oC热处理得到的Li CoO2的衍射峰更尖锐，强度更大，说明随着温度的升高，结晶越完善。800oC下处理的样品在(018)和(110)晶面的衍射峰间隔分明，说明此温度下制备的Li CoO2为纯度较高的六方层状结构。