0 引言 

LiCoO2是應用最廣泛的商業鋰電池，它有輸出電壓高，循環壽命長，熱穩定性和結構穩定性好，容易制備等優點。但是Co的毒性和高成本也帶來了一些問題，因此大量的研究試圖找到它的替代品。 

近年來，研究指出層狀的鎳鈷錳酸鋰由于高容量和穩定的結構，被認為是取代LiCoO2的下一代正極材料。傳統的高溫固相法很難合成出純相的鎳鈷錳酸鋰，電化學性能也不理想。共沉淀法、水熱法和溶膠凝膠法雖然能得到電化學性能較好的鎳鈷錳酸鋰，但是反應步驟多、時間長，操作也很繁瑣。由于普通水熱法的合成時間較長，Williams 等人為了加快反應進行，在普通水熱反應過程中引入微波，使得反應時間大幅縮短。 

該實驗采用微波水熱法成功地合成出了LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2，探索了反應溫度和時間對材料結構、形貌和電化學性能的影響，篩選出較好的合成反應溫度和時間，并對實驗結果作出分析，找出需要改進的地方。 

1 實驗 

1.1 鎳鈷錳酸鋰的合成 

原料為分析純的氫氧化鋰，硫酸鎳，硫酸鈷，硫酸錳和高錳酸鉀。首先將氫氧化鋰溶于去離子水，配成4M的溶液。按照摩爾比n（NiSO4）：n（CoSO4）：n（MnSO4）：n（KMnO4）=5：5：2：3，將硫酸鎳，硫酸鈷，硫酸錳和高錳酸鉀溶于去離子水，配成2M的混合溶液。將事先配好的氫氧化鋰溶液逐滴加入此混合溶液中，控制好攪拌速度和反應溫度。Li/（Ni+Co+Mn）的摩爾比例為5：1。將反應所得的懸濁液，轉移到微波反應釜中，進行微波水熱反應，用去離子水洗滌過濾，將樣品放入燥箱中在100℃下，真空干燥3小時。 

1.2 鎳鈷錳酸鋰的電化學性能 

以自制鎳鈷錳酸鋰為正極材料，乙炔黑為導電劑，聚偏氟乙烯乳液為粘結劑，三者的質量比為85：10：5，球磨4h之后，在鋁箔上涂膜，在真空干燥箱中120℃干燥10h。用沖孔器取片用作正極，以鋰片為負極，1mol/L 的LiPF6/EC+DMC（1：1）為電解液，在氬氣手套箱中裝配成電池。在美國Arbin電池測試系統上0.1C的倍率下進行充放電測試，充放電電壓為3.5V-4.5V，循環次數為30次。 

2.3 電化學性能研究 

以不同的微波水熱反應溫度和時間所合成的LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2循環性能如圖3，圖4所示。從圖3，圖4中可以看出，不同的反應溫度和時間，對所合成的鎳鈷錳酸鋰影響非常大。當反應溫度在180℃以下時，隨著溫度的提升，產物的容量和循環性能都在增加，當超過180℃時，可能因為過高的溫度和壓力，使得晶體結構遭到破壞，反而不利于產物電化學性能的發揮。當反應時間在30min以下時，隨著反應時間的增加，產物的電化學性能也在不斷提升。實驗表明，鎳鈷錳酸鋰晶核的形成溫度大約為180℃，根據晶體的生長速度，反應時間為30min時，達到一個較好的狀態，電化學性能最好，過長的反應溫度有可能生成其他副產物或者晶體大量團聚。所以，我們最終找到的最優合成條件為：反應溫度為180℃，反應時間為30min。 

3 結論 

用微波水熱法可以方便的合成LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2材料，操作過程簡單，反應時間短，合成效率高。傳統的高溫固相法合成鎳鈷錳酸鋰材料大概需要20個小時，共沉淀法需要約33個小時，而微波水熱法只需要約6個小時。在微波水熱的反應過程中，不同的溫度和反應時間對形貌和電化學性能的影響極大，因為微波水熱反應時，反應釜中的壓力很大，所以細微的溫度和反應時間變化，都會引起產物巨大的電化學性能差異。目前，我們找到的最佳反應溫度為180℃，反應時間為30分鐘，該條件下合成出的鎳鈷錳酸鋰具有最好的電化學性能，首次放電比容量為128.21mAh/g，前30次容量保持率為72.14%。雖然這樣的性能和傳統的高溫固相法和共沉淀法相比，還有一定的差距，但作為一種新型的合成方法，它因為有合成時間非常短的優點，所以具有很高的研究價值。以后的改進方向主要是如何提高產物的純度和低溫下的結晶度。