锂离子电池材料的制备和电化学性能表征（
24 学时）
一、实验目的
1．了解尖晶石化合物的组成和结构特点。
2．了解无机材料制备方法－共沉淀制备前驱体、高温固相煅烧制备的反应原理
和反应过程中影响产物性质的一般因素。
3．了解嵌入－脱嵌反应和锂离子电池的工作原理。
4．了解电池性能的主要参数和测试的主要方法。
二、实验原理
由于具有电压高、容量高、无污染、安全性好、无记忆效应等优异性能，锂离
子电池自
1991 年实现商品化以来，其种类、性能和应用领域都得到了巨大的发
展，已经成为最重要的二次电池之一，在手机、笔记本电脑、摄像机、便携式
DVD、电动汽车甚至核潜艇上都得到了广泛应用。而锂离子电池的相关研究也成
为当前化学电源研究的重要领域。
锂离子电池性能的优劣主要取决于电池的正极。锰酸锂
LiMn
2
O
4
是重要的锂
离子电池正极活性材料之一，其结构见图
1。该结构为锂离子的迁移提供了三维
通道。
图
1 尖晶石晶体结构图
在充电过程中，锂离子从正极脱出，嵌入负极活性物质；而放电过程中，是
锂离子的回嵌的过程，因此锂离子电池又称为
“摇椅式”电池。电池充放电时，正
极活性材料中
Li
+
的迁移过程可用下式表示。
充电时：
LiMn
2
O
4
→ xLi
+
+ Li
1-x
Mn
2
O
4
+ xe
-
放电时：
Li
1-x
Mn
2
O
4
+ yLi
+
+ ye
-
→ Li
1-x+y
Mn
2
O
4
(0≤x≤1，0≤y≤x)
LiMn
2
O
4
的制备方法很多，常用的有高温固相法、低温固相法和液相法等。
其中，低温固相法和液相法（溶胶
-凝胶法）虽然反应温度低，但产物的电化
学性能不能令人满意，且不适合工业化生产的需要。所谓高温固相法，就是在