實驗鋰離子電池的測試

1、實驗1.5 鋰離子電池的測試實驗目的1、了解可充鋰離子電池的工作原理2、了解電解質(zhì)溶液的導電機理3、掌握紐扣鋰離子電池的電極材料、電極的制備工藝及紐扣鋰離子電池的裝配4、掌握鋰離子電池電性能測試方法實驗原理 可充鋰離子電池工作原理：充電時鋰從氧化物正極晶格間脫出，鋰離子遷移通過有機電解液，嵌入到碳材料負極中，同時電子補償電荷從外電路供給到碳負極，保證負極的電荷平衡；放電時則相反，鋰從負極碳材料中脫出回到氧化物正極中。鋰離子電池的充放電反應通?？珊唵伪硎緸椋ㄕ蚍磻獮槌潆娺^程，逆向反應為放電過程，其中Me為過渡金屬，如Co、Mn、Ni等）：LixMeO2+6CMeO2+LixC6 在充放電過程中

2、，Li在正負極間嵌入脫出往復運動猶如來回擺動的搖椅，因此這種電池又被稱“Rocking-chair batteries”，即搖椅式電池。鋰離子充放電的原理與結(jié)構示意圖：圖1.5.1 典型的鋰離子電池示意圖下面以尖晶石型LiMn2O4為正極材料、富鋰層狀石墨為負極，敘述鋰離子電池充放電過程：正極 放電時，正極從外部電路獲得電子，鋰離子嵌入正極材料，部分Mn4+被還原為Mn3+；充電時，正極把電子釋放給外部電路，鋰離子從正極材料中脫嵌進入電解液，電極反應為負極 放電時，負極石墨層間的鋰離子脫嵌進入電解液，電子通過外電路釋放，充電時，負極從外部電路獲取電子，鋰離子嵌入石墨層間，相應的電極反應為：對于

3、磷酸鈦鋰的充放電反應是在LiTi2(PO4)3和Li3Ti2(PO4)3兩相間進行的，充電時Li+嵌入LiTi2(PO4)3中轉(zhuǎn)化為結(jié)構相似的Li3Ti2(PO4)3，放電時Li+從Li3Ti2(PO4)3中脫出形成LiTi2(PO4)3：充電反應： 放電反應：鋰離子插入和脫出磷酸鈦鋰結(jié)構的過程中，電壓維持在2.5V。 鋰離子在電解液中通過微孔薄膜往返遷移，然后嵌入到電極中。電子通過外電路轉(zhuǎn)移釋放或者消耗能量。從鋰離子電池的充放電過程，可以看到鋰的化合態(tài)始終為+1價，無0價（金屬鋰）轉(zhuǎn)變，所以這種二次電池稱為“鋰離子電池”。 電解質(zhì)體系非水電解質(zhì)：非水鋰離子電池的電壓在3 V以上，金屬鋰非?；?/p>

4、潑，需要使用有機電解液體系。通常在有機溶劑中溶解含有鋰離子的電解質(zhì)。例如溶解有1 mol/L LiPF4的ECDMC（體積比1：1）有機電解質(zhì)溶液。水相電解質(zhì)：與水可發(fā)生劇烈反應，傳統(tǒng)的水溶液體系不能適應鋰電池，隔膜：電池中隔膜的主要作用是離子的導體，并且將電池的正負極隔離以防止電池短路。非水有機鋰離子電池一般采用高強度薄膜化的聚烯烴多孔膜，例如Celgard2325型隔膜。水相鋰離子電池體系通常采用親水性多孔的隔膜，可以是聚合物多孔膜或無機纖維膜等。圖1.5.2. 鋰離子電池示意圖：a) 柱狀電池，b) 紐扣電池， c) 方形電池， d）薄層電池。（Tarascon J.M. & Arman

5、d M. Nature 2001, 414, 359）儀器設備 新威八通道電池充放電測試儀、干燥箱、扣式電池封口機、電子天平、粉末壓片機、切片機、瑪瑙研缽、干燥器等實驗原料 高壓氬氣（瓶）、1mol/L Li2SO4電解液、Celgard陶瓷隔膜，石英棉、LiMn2O4正極電極片，電池殼（CR2016）、電極片（正極、負極）實驗步驟 稱重：將實驗1.3中稱重電極片，并計算所涂實際正極活性物質(zhì)量（80%）。配置電解液1 M Li2SO4（或LiNO3）溶液。沖制玻璃纖維隔膜片，在切片機上切出直徑為16 mm的纖維片；沖制LiMn2O4電極片，在切片機上沖出直徑為16 mm的電極片；并計算電極片的

6、活性物質(zhì)的質(zhì)量組裝電池：取正極殼口（正極殼一般較大，切朝外一面上面有+號）朝上，放入正極電極片，保證活性物質(zhì)的面向上（一般黑色面為電極面）；然后放入玻璃纖維隔膜片1片；滴加數(shù)滴電解質(zhì)溶液保證能夠潤濕電極片和隔膜；然后將負極電極片放入（保證活性物質(zhì)面向下）；（根據(jù)電池殼的尺寸決定是否放入墊片和彈簧片）；蓋上負極殼。封口：用塑料鑷子將電池殼小心放到封口機上，保證電池的正極殼在下面、負極殼朝上（負極一般上面為粗糙一面）；調(diào)整至中心；關上封口機的油壓閥門；反復壓下手柄直至壓力到5 Mp以上，將電池殼封住。取下電池，用紙巾將溢出的電解質(zhì)擦干凈；用萬用表測試電池的開路電壓（可能有偏差，但不應等于零）、測試電池的電阻（不應等于零）。經(jīng)過老化處理數(shù)小時。將密封好的電池連接到新威電池測試系統(tǒng)上，在室溫下及0.5-1.8 V間測試電池性能。預先編好充放電程序，輸入活性物質(zhì)量。例如充電：設定電流如50 mA/g，充電結(jié)束電壓為1.8 V 放電：設定電流如50 mA/g，放電結(jié)束電壓為0.5 V 循環(huán)次數(shù)：50圈注意事項電池組裝、測試過程中不能短路不可用手直接觸摸電極片實驗報告要求畫出樣品電壓比容量變化曲線畫出比容量循環(huán)次數(shù)、庫倫