一、实验目的

评估钴酸锂（LiCoO₂）正极材料在高温环境下的结构稳定性与电化学性能衰减规律，为电池热管理及材料优化提供依据。

二、仪器与耗材清单

三、实验步骤

1. 样品制备

前处理：将LiCoO₂粉末与导电炭黑（质量比9:1）在研钵中研磨混合30分钟，压制成直径10mm的圆片。

装载：样品置于氧化铝坩埚中，放入刚玉舟并推至炉管恒温区中心。

2. 气氛设置

抽真空：启动机械泵，将炉内压力抽至10⁻³ Pa（约30分钟）。

洗气操作：充入氩气至常压，重复抽真空-充气循环3次，确保氧含量＜5 ppm。

3. 高温处理

程序设定：升温速率：5°C/min → 目标温度800°C → 保温10小时 → 自然冷却至300°C后开炉。

实时监控：通过热电偶记录温度曲线，偏差控制在±2°C内。

4. 后处理检测

XRD分析：检测热处理前后样品晶体结构变化（扫描范围10°~80°，步长0.02°）。

SEM观察：加速电压15kV，观察颗粒形貌及团聚情况。

电化学测试：组装扣式电池（Li金属为负极），在1C倍率下测试循环容量保持率。

四、实验结果与讨论

1. 结构稳定性分析

XRD图谱：

原始样品：主峰对应LiCoO₂层状结构（PDF#50-0653）。

热处理后：出现微弱Co₃O₄杂相峰（2θ≈36.8°），表明高温下部分Li挥发导致结构坍塌。

2. 形貌变化

SEM图像：

原始样品：颗粒均匀，粒径1~2μm。

热处理后：颗粒明显烧结，部分区域形成10μm级团聚体，比表面积下降30%。

3. 电化学性能

循环测试：

初始容量：145 mAh/g（1C）。

100次循环后：热处理样品容量保持率仅68%（原始样品为85%），表明高温加速材料劣化。

五、实验结论

高温劣化机制：

LiCoO₂在800°C/氩气中发生Li流失，生成Co₃O₄杂相，导致结构稳定性下降。

颗粒烧结团聚是比表面积减少和离子扩散受阻的主因。

应用建议：

正极材料需表面包覆（如Al₂O₃）以抑制Li挥发。

电池热管理系统应严格控制温度＜200°C，避免不可逆衰减。

六、注意事项

安全操作：氩气置换时需缓慢充气，防止气流冲击样品。

数据校准：XRD测试前用标准硅粉校准角度，避免峰位偏移。

设备维护：实验后需用乙醇清洗炉管，防止Li残留腐蚀石英管。

附：实验关键数据示例

总结
本方案通过真空管式炉模拟高温环境，结合多维度表征手段，系统揭示了LiCoO₂的热失效机理。实验流程可直接应用于其他正极材料（如NCM、LFP）的稳定性研究，为电池材料开发与失效分析提供标准化参考。

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