水热法制备LiCoxNi1—xO2薄膜材料

水热法制备LiCoxNi1—xO2薄膜材料

关键词：锂离子电池正极材料水热法

一、引言

锂离子电池因其具有高电压、高容量的重要优点，且循环寿命长、安全性能好，使其在便携式电子设备、电动汽车、空间技术、国防工业等多方面具有广阔的应用前景，成为近几年广为关注的研究热点。

本文采用水热法来制备薄膜作为锂电池的正极材料，期望达到降低材料制备成本的目的。由于水热法整个反应过程都是在特制的密闭容器（高压壶）中完成，且无有害气体放出，因而无污染，能耗低。并对这些材料进行了充放电性能测试，利用x射线图分析了材料的结构，并讨论了结构对其性能的影响。

二、试验部分

1.试验器材及药品

1.1器材

电子天平、真空泵、磁力搅拌器、超声波清洗器、玻璃烧杯、聚四氟乙烯烧杯、容量瓶、玻璃棒、布氏漏斗、抽滤瓶、量筒、洗瓶等

1.2 药品

硫酸镍、氢氧化钠、硫代硫酸钠、次氯酸钠、过氧化氢、氢氧化锂

2.试验步骤

2.1 钴基片的处理

将18mm×10mm×0.3mm的高纯金属钴片（纯度99.8%，北京有色金属研究院）得到光洁且具有表面活性的电极片以备电化学反应使用。

去氧化皮→超声波除油→超声波清洗→混酸浸泡→超声波清洗→自然干燥→活性基片

2.2 含nio2-离子溶液的配制

准确称取反应所需的一定量硫酸镍与氢氧化钠，分别溶于煮沸后冷却的二次蒸馏水中配制成溶液，将硫酸镍溶液慢慢滴入氢氧化钠溶液中，并不断搅拌，生成氢氧化镍沉淀，反复洗涤沉淀多次，直至干净。

再以一定比例准确称量氢氧化钠，溶于煮沸后冷却的二次蒸馏水中配制成溶液后，将前面制取的氢氧化镍沉淀溶解，再加入64ml ρ=1.16g/ml的次氯酸钠溶液后使其充分反应，最后用容量瓶配制成1000ml的nio2-溶液。

2.3 lioh溶液的配制

配制时，先准确称量试验中所需一定质量的粉末，然后将其快速倒入煮沸后冷却的二次蒸馏水中，快速准确地定位到所需刻度，密封后进行搅拌使之充分溶解。

分别向三个烧杯中加入2ml1mol/lna2s2o3溶液，10ml含-离子的溶液，然后再向其中一个烧杯中加入溶液，并且标记为2号烧杯，向另一个烧杯中加入2mlnaclo溶液，标记为3号烧杯，最后剩下

的什么都没有加的烧杯标记为1号。

2.4 水热反应过程

在三个盛放含悬浮物的lioh电解液的聚四氟乙烯杯中，垂直加入事先固定好的金属co片，盖好杯盖，将聚四氟乙烯杯放入水热釜体中，加入蒸馏水约至杯内液面高度。然后将釜盖拧好，检查装置确保其连接好，设定实验所需的温度和压力，进而反应一定的时间。

2.5 制备薄膜的后续处理

实验完成后，制备的薄膜需经以下后续处理：首先，浸泡在lioh 的稀溶液中，利用同离子效应尽量避免生成的薄膜的溶解；其次，放在温水中反复冲洗，去除表面的无机物杂质，比如上步引进的lioh；最后，放于无水乙醇中进行清洗，为的是去除表面的有机杂质。然后将其自然风干，装入样品袋，贴好标签，以备测试。三、结果与讨论

图1给出了co基体上，水热制备薄膜的xrd示意图。可以看出所制备的薄膜均呈典型的层状结构。xrd检测结果还表明制备的薄膜为纯六方晶相结构。180℃下，lioh溶液浓度为5mol/l，加入溶液时，制备的薄膜的（003）衍射峰比较尖锐，表明其结晶良好，因此该条件对水热反应制备薄膜是比较适宜的。

与图1相对应，图2表示相同条件下，co基体上水热制备的薄膜在2000倍下的sem对比示意图。可以看出，180℃和200℃时，加入ni（oh）2悬浮物和溶液时，不同lioh浓度下制备的薄膜的形

貌均较好，结晶良好，晶粒致密均匀。与xrd测试结果基本一致，上述结果表明尝试用水热方法制备薄膜的思路是可行的。即在不同的温度条件下，改变实验条件，均可制备出一定形貌的薄膜。

四、结论

采用水热法直接在钴基体上一步合成薄膜，xrd测试表明制备的薄膜为纯六方晶系结构，sem测试表明在不同的温度条件下，改变实验条件，也可制备得到结晶良好，晶粒致密均匀的薄膜。作为锂电池正极材料的替代品值得进一步探索。

参考文献

[1] 宋旭春，岳林海等.水热法合成掺杂铁离子的小管径tio2 纳米管[j].无机化学学报，2003，19 （8）：899-901.

[2] 曲喜新，过壁君.薄膜物理，第一版.北京：电子工业出版社，1994.89-91.

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[4] 陶颖.水热电化学法制备薄膜电极的机理研究.博士学位论文.长沙：中南大学，2004.

[5] 仲维卓，华素.晶体生长形态学，第一版.北京：科学出版社.1999.

作者简介：徐雪峰（1987.4-）男，汉族，江西宜春人，助教，学士，海南科技职业学院生物与化学工程学院（系），研究方向：基础化学。