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摘 要：为探究一种可作为锂电池正极材料的替代品，笔者在150～200℃条件下，LiOH溶液中，采用水热法在Co金属基体上直接制备得到了薄膜。通过XRD（X射线衍射，X-ray diffraction，简称XRD）图和SEM（扫描电子显微镜，Scanning Electron Microscopy，简称SEM）图对制备的薄膜进行表征。XRD结果表明制备的薄膜为纯六方晶相结构。SEM测试结果表明在不同的温度条件下，改变实验条件，也可制备出结晶良好，具有一定形态的薄膜。实验结果表明，利用水热法制备薄膜材料可行。
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64mLρ=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.
[3] 龚竹青，理论电化学导论，第一版.长沙：中南工业大学出版社，1988.413-414.
[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。
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64mLρ=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.
[3] 龚竹青，理论电化学导论，第一版.长沙：中南工业大学出版社，1988.413-414.
[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。