近年来新能源汽车呈跳跃式发展呈跳跃式，锂离子电池将迎来了又一轮研发热潮。针对锂离子电池正极材料钴酸锂比容量不足的问题，本项目拟将设计合成新方案，简便控制形貌的基础上，引入金属元素调节电子结构，从晶体层面提升电子转移速率。围绕阐释锂离子在嵌/脱过程中存在的基本科学问题开展研究，谈论合成空心结构的简便方法，探索掺杂元素对正极材料的影响。有效提高LiCoO2的理化性能，加强LiCoO2晶型结构的稳定性。本项目的研究结果可为生产性能优异、稳定性良好的正极材料的提供重要技术支持。
工业革命以来，电能在科学技术的不断发展下成为了现代社会的终端能源。近年由于化石能源的过度开发所造成的能源危机使得新能源材料的研发及应用被研究人员所广泛关注。然而，近年来发展迅猛的风能以及太阳能等绿色能源具有典型的时空特性，并不能提供稳定的电能输出。而二次电源由于拥有着转化效率稳定、储存方便等优点有望满足未来社会日益增长的能源需求。
上世纪90年代开始，锂离子电池在各种领域得到了广泛的商业化应用。由于锂离子电池具有比能量高、无记忆效应、大电流放电性能好等优点，表现出了优异的实用价值，逐步成为铅蓄电池后的主要储能电源。随着社会的发展，锂离子电池的应用领域逐步扩大，在移动电话、笔记本电脑等便携式电子设备以及医疗器械、电动汽车等领域拓展迅速。在此背景下，现代社会对锂离子电池的稳定性、安全性提出了更高的需求。如今，在国家政策的大力扶持下，新能源汽车的发展呈跳跃式，这意味着其动力系统锂离子电池将迎来科研人员的又一轮研发热潮。因此，开发出提升锂离子电池电容量的关键技术，增大锂离子电池应用广度，对我国乃至全球新能源产业的发展至关重要，为解决今后能源危机的重大科学问题提供新思路。
主要研究目标：
该项目以提升锂离子电池正极材料性能为出发点，开发新的开发新的合成路线，同时引入掺杂元素，简便快捷的合成具有空心结构的钴酸锂。并将其应用于锂离子电池正极材料，提升锂离子电池的比容量以及稳定性，达到拓宽锂离子电池应用范围的目的。为今后制备高性能的电池正极材料奠定技术基础。发表较高质量的学术论文3篇，其中SCI论文不低于1篇，申请1-2项专利，培养5-8名本科生。通过项目研究为申请国家重点或重大项目奠定研究基础。
研究内容：
本项目拟通过设计一种无模板法制备得到空心钴酸锂，使用离子掺杂改善体相结构的稳定性，抑制钴酸锂充放电过程中的副反应，寻找合适的表面包覆改性方法，改善钴酸锂在循环过程中的晶体结构稳定性。研究内容主要包含以下方面：
（1）探究合成空心前驱体的方法。
（2）探究材料合成元素掺杂对材料性能的影响。
（3）寻找合适的表面包覆层提升钴酸锂材料的电化学性能。
（4）考察包覆过程中不同热处理温度以及包覆量对材料性能的影响。
（5）研究充放电循环过程中，钴酸锂作为正极材料的形貌、组成变化，分析容量衰减机制。
技术关键：
1.空心前驱体空心钴氧化物设计与及制备
本项目前驱体基于本人已发表的相关论文进行设计（Journal of Alloys and Compounds，895 (2022) 162611）。称取适量醋酸钴，分别溶解于定量乙醇中，在加入沉淀剂后搅拌回流，使用无水乙醇离心洗涤三次，放入鼓风干燥箱80oC烘干。在升温速率为2oC/min的条件下，400oC煅烧2 h得到设计好的空心前驱体
图1空心前驱体制备流程
2.固相法合成空心钴酸锂
以碳酸锂和设计好的四氧化三钴为原料，高温固相法合成空心LiCoO2。探究最佳锂钴摩尔比，预烧温度及保温时间，终烧温度及保温时间等条件。
3.电池组装及性能检测
在制备出钴酸锂正极材料后，将正极材料制作成正极片，组装成纽扣电池。将正极材料、PVDF、碳黑按照8:1:1混合。在磁力搅拌器的作用下，充分搅匀进行打浆过程。将浆料涂布在铝箔上，使用鼓风烘箱下烘干。在手套箱中按照负极壳-弹片-垫片-锂片-电解液-隔膜-电解液-正极片-垫片-正极壳的组装顺序组装纽扣电池，即可测试其电化学性能。