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0 引言
LiCoO2是应用最广泛的商业锂电池，它有输出电压高，循环寿命长，热稳定性和结构稳定性好，容易制备等优点。但是Co的毒性和高成本也带来了一些问题，因此大量的研究试图找到它的替代品。
近年来，研究指出层状的镍钴锰酸锂由于高容量和稳定的结构，被认为是取代LiCoO2的下一代正极材料。传统的高温固相法很难合成出纯相的镍钴锰酸锂，电化学性能也不理想。共沉淀法、水热法和溶胶凝胶法虽然能得到电化学性能较好的镍钴锰酸锂，但是反应步骤多、时间长，操作也很繁琐。由于普通水热法的合成时间较长，Williams 等人为了加快反应进行，在普通水热反应过程中引入微波，使得反应时间大幅缩短。
该实验采用微波水热法成功地合成出了LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2，探索了反应温度和时间对材料结构、形貌和电化学性能的影响，筛选出较好的合成反应温度和时间，并对实验结果作出分析，找出需要改进的地方。
1 实验
1.1 镍钴锰酸锂的合成
原料为分析纯的氢氧化锂，硫酸镍，硫酸钴，硫酸锰和高锰酸钾。首先将氢氧化锂溶于去离子水，配成4M的溶液。按照摩尔比n（NiSO4）：n（CoSO4）：n（MnSO4）：n（KMnO4）=5：5：2：3，将硫酸镍，硫酸钴，硫酸锰和高锰酸钾溶于去离子水，配成2M的混合溶液。将事先配好的氢氧化锂溶液逐滴加入此混合溶液中，控制好搅拌速度和反应温度。Li/（Ni+Co+Mn）的摩尔比例为5：1。将反应所得的悬浊液，转移到微波反应釜中，进行微波水热反应，用去离子水洗涤过滤，将样品放入燥箱中在100℃下，真空干燥3小时。
1.2 镍钴锰酸锂的电化学性能
以自制镍钴锰酸锂为正极材料，乙炔黑为导电剂，聚偏氟乙烯乳液为粘结剂，三者的质量比为85：10：5，球磨4h之后，在铝箔上涂膜，在真空干燥箱中120℃干燥10h。用冲孔器取片用作正极，以锂片为负极，1mol/L 的LiPF6/EC+DMC（1：1）为电解液，在氩气手套箱中装配成电池。在美国Arbin电池测试系统上0.1C的倍率下进行充放电测试，充放电电压为3.5V-4.5V，循环次数为30次。
2.3 电化学性能研究
以不同的微波水热反应温度和时间所合成的LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2循环性能如图3，图4所示。从图3，图4中可以看出，不同的反应温度和时间，对所合成的镍钴锰酸锂影响非常大。当反应温度在180℃以下时，随着温度的提升，产物的容量和循环性能都在增加，当超过180℃时，可能因为过高的温度和压力，使得晶体结构遭到破坏，反而不利于产物电化学性能的发挥。当反应时间在30min以下时，随着反应时间的增加，产物的电化学性能也在不断提升。实验表明，镍钴锰酸锂晶核的形成温度大约为180℃，根据晶体的生长速度，反应时间为30min时，达到一个较好的状态，电化学性能最好，过长的反应温度有可能生成其他副产物或者晶体大量团聚。所以，我们最终找到的最优合成条件为：反应温度为180℃，反应时间为30min。
3 结论
用微波水热法可以方便的合成LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2材料，操作过程简单，反应时间短，合成效率高。传统的高温固相法合成镍钴锰酸锂材料大概需要20个小时，共沉淀法需要约33个小时，而微波水热法只需要约6个小时。在微波水热的反应过程中，不同的温度和反应时间对形貌和电化学性能的影响极大，因为微波水热反应时，反应釜中的压力很大，所以细微的温度和反应时间变化，都会引起产物巨大的电化学性能差异。目前，我们找到的最佳反应温度为180℃，反应时间为30分钟，该条件下合成出的镍钴锰酸锂具有最好的电化学性能，首次放电比容量为128.21mAh/g，前30次容量保持率为72.14%。虽然这样的性能和传统的高温固相法和共沉淀法相比，还有一定的差距，但作为一种新型的合成方法，它因为有合成时间非常短的优点，所以具有很高的研究价值。以后的改进方向主要是如何提高产物的纯度和低温下的结晶度。
